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类型之一是量子的橡皮擦,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"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。”
看到量子橡皮擦最好的方法是将双缝实验与另一个迷人的量子现象：纠缠结合起来。在一个典型的实现中，来自激光的光刺激某种晶体，而这种晶体又发射出两个偏振相反的光子，一个可以左右振荡，另一个可以向上振荡wn.（你可以通过将一副偏振光太阳镜放在另一副太阳镜的前面并旋转其中一副来了解其工作原理。在一定角度下，穿过两个镜片的光线几乎会衰减为零，这表明光线正通过两个垂直方向的滤镜。）
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接收两个纠缠的光子，并将它们发送到不同的路径。光子1直接传送到一个简单计数的探测器，而光子2则进入一个双缝实验。如果事情是这样的话，重复该实验将产生第二条路径的常见干涉图案。纠缠不会发生不要影响任何东西，因为我们没有对任何一个光子进行任何测量，只注意它们在探测器中的最终位置。
但是，我们可以通过在每个狭缝中添加特殊的滤波器（称为“四分之一波片”）来破坏图案。这些滤波器确保光子2将通过一个狭缝而不是另一个狭缝（尽管我们无法事先知道它将通过哪个狭缝）。因此，添加新的滤波器会破坏特征干涉图案，“擦除”光的大部分波形特征。
现在我们通过在光子1的路径上添加一个与四分之一波片对齐的简单偏振滤波器来恢复干涉图。因此光子1与光子2的一个特殊滤波器对齐，并且由于两个光子纠缠在一起，光子2立即采用相反的偏振，让它通过任一狭缝热子2可以通过任意一条狭缝，它恢复了干涉图样及其波状特征。同时，它失去了通过一条狭缝或另一条狭缝的粒子般的确定性。
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。
由于量子橡皮擦涉及单个光子，因此无法进一步缩小它。我们无法将实验分成更小的部分，以期解开谜团。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光子最小的一滴。
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》．
