T虽然我们可以在非常弱光的条件下看到，但人类还不够敏感，无法看到单个光子——构成所有类型光的粒子。在我们的日常生活中，我们被光淹没，它的粒子性质就像物质的原子性质一样被掩盖了。我们感受的不是单个的水分子，而是湿的整体效果;我们没有记录单个光子，但多亏了吞噬我们的真正的光的海洋，我们可以看到。
然而，单个光子与单个原子、分子和电子一样真实和重要。虽然通常很难分离它们，但单个光子可能是包括量子计算机在内的新技术的关键。此外，在单个光粒子上进行的实验可以探测存在的许多量子方面，这在物质上是很难做到的。
单光子研究中最令人费解的一种是量子的橡皮擦,在这种情况下，确定光子特定的、可测量的路径会“抹去”光中的一些波状信息，反之亦然。这些实验同时利用了光的波状和粒子状特性，同时搅乱了我们naïve的时间概念。
许多物理入门课程的主要实验是用激光照射有两条小缝的障碍物。光线在屏幕上产生一种独特的图案，学生的任务是测量这种图案。图样是由光波的干涉产生的;你可以看到水波穿过海堤屏障时的类似效果。
有趣的是，如果你能降低激光产生的光的速率，让小数量的光子通过屏障。每次你发送一个光子穿过屏障，它就会击中屏幕上的另一个点。(游戏邦注:它落在屏幕上的位置并不一定与屏障上的任何缝隙呈直线，而如果它沿着直线运动，你就会想到这一点，就像扔出的棒球一样。)如果你在吃的光子降落的地方画一个点，最终你会看到一个模式出现:与你在瞬间发射数万亿光子时看到的完全相同的干涉模式。这是关键:如果你一次发送一个光子，每个光子都会产生一个离散的标记，就像粒子一样，但所有的标记都会产生一个干涉图案，就像波一样。
波状和粒子状的结合本质上是量子行为;从我们的日常经验来看，没有宏观的类似物。物理学家理查德·费曼写道基本粒子的怪异行为是“一个不可能的现象，绝对不可能用任何经典的方式来解释，而这正是量子力学的核心。”
观察量子擦除器的最佳方法是将双缝实验与另一种迷人的量子现象——纠缠耦合起来。在一个典型的实现中，来自激光的光刺激某种晶体，这种晶体会发出两个偏振相反的光子——一个可以左右振荡，而另一个则上下振荡。(你可以把一副偏光太阳镜放在另一副的前面，然后旋转一副，就可以看到它是如何工作的。在特定的角度下，光通过两个透镜后会逐渐消失，这表明光通过了两个垂直方向的滤光片。)
每个光子的偏振在测量之前是未知的，但由于它们是如何产生的，它们是相互纠缠的，测量一个光子可以立即影响另一个光子。无论两个粒子相距多远或何时进行测量，这都是正确的。
这个特殊的量子擦除器将两个纠缠的光子发射到不同的路径上。光子1直接传播到检测器，而光子2进入双缝实验。如果事情是这样的，重复的实验将产生通常的干涉模式的第二条路径。纠缠没有影响任何东西，因为我们没有对任何一个光子进行任何测量，只是注意到它们在探测器中的位置。
然而，我们可以通过在每个狭缝中加入特殊的滤波器(称为“四分之一波片”)来破坏这种模式。这些过滤器确保Photon 2将通过一个狭缝而不是另一个(尽管我们不知道它将提前通过哪个)。因此，添加新的滤光片会破坏干涉图样的特性，“抹去”光的大部分波动特性。
现在我们通过添加一个与四分之一波片对齐到Photon 1路径上的简单偏振滤波器来恢复干涉模式。因此，光子1与光子2的一个特殊滤波器对齐，由于两个光子纠缠在一起，光子2立即采用相反的偏振，让它通过任意一个狭缝。因为Photon 2可以通过任何一个狭缝，它恢复干涉模式和它的波状特征。与此同时，它失去了像粒子一样通过一个或另一个狭缝的确定性。
为了让事情变得更有趣，实验人员可以安排一些事情，使一个光子的传播路径比另一个更长——甚至更长横跨加那利群岛之间144公里的开阔地带就像去年的一个小组所显示的那样。在凌日期间，研究人员随机选择是否在Photon 1的长路径中插入偏振器。如果滤波器在Photon 1的路径中，Photon 2将显示干涉，即使偏振器被插入后光子2到达探测器。换句话说:纠缠保证了实验的结果是一样的，即使它似乎正在改变过去。这很奇怪，但很有效。
由于量子擦除器涉及到单个光子，没有办法进一步减少它——我们不能将实验分解成更小的片段，希望以此来解开谜团。然而纠缠的奇异性是光的真实特性的一部分。光子的海洋可能是我们所经历的，但真正的理解在于研究最小的水滴。
马修·弗朗西斯是一位物理学家、科学作家、演说家、教育家，经常戴着一顶时髦的帽子。他目前正在写一本关于宇宙学的书，书名暂定《小路，黑暗的天空:宇宙之旅》．
