一項實驗表明，人類可以探測到微弱到單個光子的閃光——這一發現似乎為長達 70 年的人類視覺極限測試畫上了句號。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的量子光學研究員保羅·克維亞特說，這項於 7 月 19 日發表在《自然通訊》上的研究“最終回答了一個長期存在的問題，即人類是否能看到單個光子——他們可以！”。他補充說，這項研究中使用的技術也為測試量子特性（例如光子同時出現在兩個地方的能力）如何影響生物學開闢了道路。
紐約市洛克菲勒大學的物理學家阿里帕沙·瓦齊裡說：“最令人驚奇的是，這不像是在看光。這幾乎是一種感覺，在想象力的極限。”他領導了這項工作並親自體驗了這種感覺。
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對青蛙細胞的實驗表明，脊椎動物眼睛中對光敏感的感光細胞（稱為視杆細胞）確實會對單個光子做出反應。但是，部分原因是視網膜會處理其資訊以減少來自誤報的“噪聲”，研究人員一直無法確認一個視杆細胞的放電是否會觸發一個訊號，該訊號會一直傳遞到大腦。同樣不清楚的是，如果訊號確實到達大腦，人們是否能夠有意識地感知到這種訊號。測試人類視覺極限的實驗也必須等待量子光學技術的到來，這些技術可以可靠地一次產生一個光子。
2015 年 6 月，與克維亞特合作的物理學家麗貝卡·福爾摩斯報告了人類可以感知到包含少至三個光子的閃光的證據。（克維亞特說，這些結果尚未發表。）但是，該團隊尚未測試感知的最終閾值——對單個光子的反應。
在黑暗中
在瓦齊裡的實驗中，三名志願者在完全黑暗的環境中坐了大約 40 分鐘，然後盯著一個光學系統。當他們按下按鈕時，他們聽到了兩種聲音，間隔一秒。有時，其中一種聲音伴隨著光子的發射。參與者必須說出他們認為自己在哪個時刻看到了光子，以及他們對自己的觀察有多自信（在 1 到 3 的範圍內）。
在許多情況下，他們都答錯了；這是可以預料的，因為進入眼睛前部的光子中有 90% 以上甚至從未到達視杆細胞，因為它們被眼睛的其他部分吸收或反射了。儘管如此，參與者正確回答的頻率還是高於隨機猜測的預期頻率——而且當他們答對時，他們的信心水平也更高。
研究人員表示，三名志願者總共進行了 2400 多次試驗，其中發射了單個光子（以及更多次沒有發射光子）。研究人員表示，如此大量的測試為單光子探測提供了強有力的統計證據。
但並非所有研究人員都認為這篇論文是決定性的。新加坡科學技術研究局的物理學家列昂尼德·克里維茨基說：“我唯一懷疑的是隻測試了三個人。”他補充說，所有受試者都是男性，並且已知女性和男性的視覺生理機能略有不同。但克里維茨基確信，如果這項實驗在更多志願者身上進行測試，作者的方法能夠一勞永逸地解決這個問題。
瓦齊裡計劃測試視覺系統如何對各種量子態的光子做出反應——特別是那些處於兩種同時狀態“疊加”的光子。一些物理學家認為，此類實驗可以測試兩種狀態的疊加是否可以在人的感覺系統中存活，並可能被大腦感知到。
本文經授權轉載，並於 2016 年 7 月 19 日首次發表。