“量子水熊虫”：活体动物首次实现量子纠缠？地表最强生物进化？

水熊虫素有“地表最强生物”之称，这些最大只有 1.4 毫米，最小也就 50 微米，甚至还没有一粒沙子大的小虫子，生命力却极其顽强。例如对普通生物致命的手段：高温、辐射、缺氧、电离等，对它来说也就算是挠痒痒。

有实验表明，水熊虫可以在零下 272 和 151 的极限温度下存活 2 分钟，如果能早些将其置于常温下并给予水分，它就可以顺利复活。而且就连原子弹的辐射杀不死它，还能承受来自地球最深处——马里亚纳海沟的水压。甚至科学家还曾把水熊虫装进子弹，并射向数米开外的靶子。结果显示，在825米/秒的撞击下，水熊虫依然能存活下来，而这种撞击瞬间的冲击压高达 10 亿帕。因此在世界各地的各类环境中，我们都能发现水熊虫的踪影，即便是恶劣的宇宙空间也很难奈何得了它们。

于是乎，很多人脑洞大开。例如在科幻作品《星际迷航》系列中，“星际水熊虫”就能够与生物孢子共鸣，并利用遍布宇宙的菌丝网络，实现空间跳跃。但现实毕竟不像幻想那么神奇，真实的水熊虫远没有那么“变态”。不过却有科学家突发奇想，拿水熊虫做起了量子纠缠实验。

要知道量子的世界十分神奇，在某种程度上，一个粒子仿佛可以同时出现在两个地方，即量子纠缠。并且，处于纠缠态的两个粒子还能通过某种未知的机制，在较长的距离内任性地共享信息，即使它们之间隔了整个银河系。因此如果研究成立，水熊虫会成为第一种实现了量子纠缠的动物，也是目前最大地实现了量子纠缠的宏观物体。

2018年，牛津大学的研究人员让一种光合细菌和光子产生了量子纠缠。即细菌体内的光合色素分子与空间产生耦合或相互作用，使得细菌能不断吸收光子、发射光子和再吸收反射光子，实现光子的反复利用。同时它暗示了自然界中另一种可能自发产生量子生物学的情况：深海环境中给予生命能量的光非常稀缺，这可能使那里的绿硫细菌加快量子力学的演化适应，以促进光合作用。

这也是第一次有人成功地诱导一个完整的生物表现出量子纠缠或叠加效应，哪怕它是一个单细胞的细菌。然而现在，和水熊虫比起来，细菌取得的成就还是太小了。

本次实验的研究人员收集了三只水熊虫，它们的体长在 0.2 到 0.45 毫米之间。为了方便实验，研究人员先将水熊虫冷冻处理，使它们脱水进入休眠状态，大小也变成了之前的三分之一。之后再将水熊虫进一步冷冻至绝对零度以上 10 毫开尔文左右，已经接近水熊虫的耐受极限。

同时，研究人员制作了一个由两个量子比特组成的超导电路，量子比特 A 与量子比特 B 通过电路纠缠在一起。随后，研究人员把水熊虫放置在量子比特 B 所在电路中的电容板之间，这样一来它就会改变量子位的共振频率。随后，研究人员经过多次测试后发现，超导量子位与缓步动物内的电子频率同时发生变化，这意味它们耦合在一起了。

上图：实验电路示意图。A、B为两个量子比特，T代表水熊虫。

17天后，研究人员试图让三只休眠的水熊虫复苏。但仅有一只水熊虫活了过来，另外两只则死去了。按研究人员的说法，这只唯一的水熊虫幸存者，是历史上首个经历过量子纠缠的动物。水熊虫不但在实验环境的极端性，以及它们暴露在极端环境中的时间长度方面创下了新的记录，还在它们的生存技能清单上增加了一项新的内容：能够建立量子纠缠——就好像幽灵般的水熊虫，和幽灵般的超距作用之间存在某种关系一样。但事情从来不会如此简单，这项实验也受到了太多质疑！

有科学家认为，这个实验没有任何意义。他们所做的只是把一个水熊虫放在两个耦合量子比特中的一个的电容上。但不管实验中的水熊虫有没有被确定为第一只经历了量子纠缠的动物，这个实验也再度展示了水熊虫顽强的生命力。这意味着在未来，水熊虫可能会成为我们进入其他量子实验的大门。

延伸阅读

如今，“第二次量子革命”已经开启，我国毫无疑问地走在了世界前列。别看 2019 美国谷歌公司推出 53 个量子比特的计算机“悬铃木”，对一个数学算法的计算只需200 秒，当时世界最快的超级计算机“顶峰”需 2 天。但很快在一年之后，就被我国的量子计算原型机“九章”超越。它求解数学算法高斯玻色取样只需 200 秒，而当时世界最快的超级计算机要用 6 亿年。

而且“九章二号”的速度更快，其求解高斯玻色取样比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）。此外，我国今年还建成了全球首个星地量子通信网，创造了 500 公里的现场光纤量子通信世界纪录。