所有已知粒子行為方式都可以在量子物理學(xué)中得到解釋。量子物理學(xué)作為物理學(xué)的一個(gè)分支，它的最大特點(diǎn)就是，在最小水平上，這個(gè)世界變成了一個(gè)模糊和奇異的地方。舉個(gè)例子，組成這個(gè)宇宙的原子和其他基本粒子能夠以所謂的疊加態(tài)存在，也就是說(shuō)，它們可以在兩個(gè)甚至更多的地方被同時(shí)觀測(cè)到，或者同時(shí)朝著兩個(gè)相反的方向旋轉(zhuǎn)；有了量子糾纏的現(xiàn)象，兩個(gè)或其他目標(biāo)能夠連接在一起，一個(gè)發(fā)生的狀況會(huì)立刻影響到與之相連的任何事物，無(wú)論它們?cè)谟钪嬷邢嗑嘤卸噙h(yuǎn)。

即使是對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，量子物理的超現(xiàn)實(shí)主義本質(zhì)也不容易理解。有關(guān)疊加態(tài)最著名的類(lèi)比——薛定諤的貓，代表一只可以同時(shí)存在死亡和活著兩種狀態(tài)的貓，物理學(xué)家薛定諤提出這一類(lèi)比旨在突出了疊加態(tài)概念的荒唐性，而不是要去推廣它。另外，愛(ài)因斯坦反對(duì)量子糾纏概念也是出了名的，還把它叫做「幽靈超距作用」。然而，幾十年來(lái)，很多實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了量子物理學(xué)的奇怪現(xiàn)象——例如，Krenn的導(dǎo)師Anton Zeilinger幫助創(chuàng)造了目前量子糾纏的紀(jì)錄距離——144公里，從西班牙的拉帕爾馬到加拿大群島的特內(nèi)里費(fèi)。

機(jī)械手在繪制量子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

Krenn和他的同事們?cè)谏�成一種復(fù)雜形式的量子糾纏（三實(shí)體分享三種特性，three entities shared three properties）時(shí)遇到了問(wèn)題。對(duì)生成這些所謂的Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) 狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)周有根據(jù)的猜測(cè)后，Krenn說(shuō)，他意識(shí)到他的直覺(jué)沒(méi)有用，「因此，也許一種更加激進(jìn)的方式才有效果」。

答案就是一個(gè)Krenn名為MELVIN的程序。這種軟件利用量子實(shí)驗(yàn)的共同建構(gòu)模塊（common building blocks），例如鏡子與全息圖，以及虛擬組織這些成分，去找到能達(dá)研究員所期望的任何目標(biāo)的反直覺(jué)配置，如特殊量子狀態(tài)。一旦它找到了一個(gè)有效的結(jié)果，它會(huì)自動(dòng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并報(bào)告給科學(xué)家。「我在晚上開(kāi)始運(yùn)行程序，到了第二天早上，在數(shù)萬(wàn)個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)后，它找到了一個(gè)正確解決方案」，Krenn提及他第一次利用MELVIN找到GHZ狀態(tài)的時(shí)候說(shuō)道，「你可以想象那是多么令人激動(dòng)的一天。」他們?cè)谌�月四�?hào)的《物理評(píng)論快報(bào)》上刊登了一篇論文，詳細(xì)論述了他們的發(fā)現(xiàn)。

在MELVIN的另一個(gè)測(cè)試中，研究員發(fā)現(xiàn)這個(gè)程序可以利用多組糾纏態(tài)粒子并改變它們，因此，它們轉(zhuǎn)換了特性，例如，以循環(huán)方式彼此極化（polarization）。這樣的循環(huán)操作在近乎牢不可破的量子加密——疊加態(tài)與量子糾纏的未來(lái)主要應(yīng)用之一——中非常有幫助。

科學(xué)家還補(bǔ)充說(shuō)，MELVIN想出了處于預(yù)料的解決方案，他們是不可能想到這些解決方案的。例如，程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)用于生成GHZ態(tài)的51個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有50個(gè)包括了將糾纏光束直接照射到另一個(gè)與實(shí)驗(yàn)其他光束和成分沒(méi)有相互作用的探測(cè)器上。Krenn說(shuō)道：「我仍然覺(jué)得要直觀理解這個(gè)最終方案非常困難，盡管我可以完美的計(jì)算它。」

MELVIN開(kāi)始會(huì)隨機(jī)選擇組件，但是，「它能從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)」，Krenn說(shuō)道，「這意味著，如果它找到了一個(gè)很好的解決方案，它會(huì)儲(chǔ)存這個(gè)方案然后在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中利用它。顯著將速度提升了不止一個(gè)數(shù)量級(jí)。」

然而，當(dāng)問(wèn)到MELVIN的結(jié)果是否都是反直觀和有用的時(shí)候，日內(nèi)瓦大學(xué)的物理學(xué)家Nicolas Gisin（他并沒(méi)有參與此項(xiàng)目）說(shuō)道：「我沒(méi)有印象。」他還補(bǔ)充說(shuō)：「這篇論文可能會(huì)引發(fā)大量爭(zhēng)論。」

相反，來(lái)自MIT的量子物理學(xué)家Seth Lloyd（也沒(méi)有參與此項(xiàng)目）認(rèn)為，MELVIN 是一個(gè)很好的主意。「這是真的，量子力學(xué)的奇異特性讓人們難以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。」Llyod說(shuō)道。較之長(zhǎng)期以來(lái)，在生產(chǎn)制造之前，科學(xué)家如何使用計(jì)算機(jī)模擬藥物和其他分子特性，他仍沒(méi)發(fā)現(xiàn)MELVIN這一研究的突破性。但是，「這種方法有望幫助生成有用的復(fù)雜量子狀態(tài)。」他補(bǔ)充道，「如果他們能夠發(fā)現(xiàn)帶有完全出乎意料特性的新奇狀態(tài)，那會(huì)很棒。」