量子世界与宏观生物体交汇的边界到底在哪儿？近来，科学家可能早已成功制造出“薛定谔的真菌”，实验中个别光子会同时结合和逃出绿硫真菌中的光合色素分子——这正是量子纠缠的标志。实验结果依然很有争议，假如这些剖析创立，这将是科学家第一次让生命体实现量子纠缠。
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量子的世界非常神奇。无论在理论还是某种程度的实际中，一个粒子似乎可以同时出现在两个地方，这些矛盾现象也被称为叠加态；而且，两个粒子之间可能存在量子纠缠，即通过某种未知的机制在较长的距离内任性地共享信息。
其实最能彰显量子力学奇特之处的反例就是“薛定谔的猫”，这是英国化学学家埃尔温·薛定谔（ErwinSchr？）在1935年设计的一个思想实验。实验假定，将一只猫置于装有可能致命的放射性物质的袋子里，这么根据量子热学中这些独特的规律，猫会同时处于生和死的叠加状态——至少在袋子被打开、观察到猫的真实情况之前是这样的。
“薛定谔的猫”示意图。密封的袋子里有猫、一瓶毒药和一个放射源。假如内部的某个侦测器（比如盖格计数器）测量到放射性（即有一个原子发生了衰变），杯子都会被打碎，释放出毒药，毒死袋子里的猫。量子热学的赫尔辛基演绎觉得，袋子里的猫同时处于生和死的叠加态，并且假如进行观测，只能看见猫处于其中一种状态（生或则死）。|图片来源：
虽然听上去很遥远，但这种概念早已在量子尺度上的实验中被验证了无数次。但延展到看似更简单、更直观的宏观世界时，事情却发生了变化。从来没有人目睹过一颗星体、一颗行星或则一只猫处于叠加态或量子纠缠态。但自从20世纪初量子理论被提出以来，科学家们就始终想晓得微观世界和宏观世界究竟在那里交汇。量子的领域究竟有多大？它能大到以它最奇怪的特点密切、明确地影响生命体吗？综观过去的二六年，【量子生物()、股吧】学这个新兴领域仍然在找寻这种问题的答案，提出并进行活体生物实验，以探求量子理论的极限。
这种实验早已形成了一些引人注目但尚无定论的结果。诸如，去年早些时侯人类首次实现量子通讯，有研究者证明光合作用（即有机体借助光制造食物）的过程可能涉及了一定程度的量子效应。动物的导航系统和人类的味觉也提示，量子效应可能在生物体中以不寻常的形式发生。但那些研究只是刚才触碰了量子世界。目前为止，还没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，哪怕只有一个细胞的真菌。
因而，当牛津学院（of）的一个研究小组发表论文，宣称用光子实现了真菌的量子纠缠，这引起了不少争议。这项研究由量子化学学家恰拉·马莱托（）领导，论文于10月发表在《物理通信刊物》（of）上。研究主要剖析了利兹学院（Of）的大卫·科尔斯（DavidColes）和朋友们进行的一项实验。在这个实验中，科尔斯等人将数百个光合绿硫真菌隔在两面穿衣镜之间，并逐步缩小穿衣镜之间的距离到几百纳米以下——还不到人类毛发的半径。通过在穿衣镜间反射白光，研究人员希望观察到真菌体内的光合色素分子与空间形成耦合或互相作用，这在本质上意味着真菌能不断吸收光子、发射光子和再吸收反射光子。这项实验是成功的，其中有多达六个的真菌表现出了这样的耦合状态。
马莱托和朋友们觉得，真菌所表现的不仅仅是与空腔形成耦合。在实验剖析中，她们证明实验中形成的能量特点可以被解释为真菌的光合作用系统与腔体中的光形成了纠缠。本质上，实验中个别光子会同时结合和逃出真菌中的光合色素分子——这正是量子纠缠的标志。马莱托说：“我们的实验模型显示，（科尔斯的实验中）所记录的现象是光与真菌内部的个别自由度存在量子纠缠的一个标志。”
文章的一位合作者特里斯坦·法罗（）也来自牛津学院，他表示这是第一次在生物体中观察到这些效应。他说：“如果你认同的话，这项研究确实是我们向‘薛定谔的真菌’这个看法迈出的关键一步。”同时它暗示了自然界中另一种可能自发形成量子生物学的情况：深海环境中给与生命能量的光十分稀缺，这可能使那儿的绿硫真菌推动量子热学的演进适应，以推动光合作用。
不过，这种饱含争议的实验推论也遭到了许多指责。首要的是，这个实验中证明量子纠缠的证据是间接的，取决于研究者怎么解释光从被囚禁在空腔的真菌中通过和流出。马莱托和朋友承认，虽然不依靠量子效应，用精典模型也可以解释实验结果。其实，光子也不是精典的，它们是量子的。不过，假如用牛顿热学解释真菌，药量子力学解释光子，这个更接近现实的“半精典”模型却未能重现科尔斯和朋友在实验室观察到的结果，这暗示量子效应在光和真菌中都有发生。IBM蒙特利尔研究实验室（IBMLab）的量子估算研究员詹姆斯·伍顿（James）表示：“实验推论确实有些不够直接，但我觉得这是由于研究人员严格地企图排除其他诱因，防止做出任何过度的解释。”伍德没有参与这两篇论文的发表。
另一个争议点是：真菌和光子的能量是集体检测的，而不是独立检测的。英国代尔夫特科技学院（Delftof）的西蒙·格罗布拉赫（SimonGr？）也没有参与这项研究，他觉得这点在某种程度上是一种局限。他说：“实验中虽然存在某种量子效应。并且……通常假如我们想要演示量子纠缠，就必须独立检测两个系统”，这是为了确认它们之间的任何量子关联都是真实的。
管柱中的绿硫真菌。|图片来源：
虽然存在这种不确定性，但在许多专家看来，量子生物学从理论转弄成现实只是时间问题，而不是能够实现的问题。数六年的实验早已证明，无论是单独检测还是集体检测，在生命系统外的分子能否显示出量子效应，因而在真菌甚至人体内的相像分子中找寻类似效应其实是足够合理的。在人类和其他小型多细胞生物中，这些分子水平的量子效应已被平均化，因此无足轻重，并且在小得多的真菌中发觉有意义的量子效应不会太令人惊讶。格罗布拉赫说：“人们对这一发觉的震惊程度让我有点困扰。但若果你能在一个真实的生物系统中展示这一现象，那恐怕是令人激动的。”
包括由格罗布拉赫和法罗团队在内的几个研究小组都希望进一步推动这种研究思路。格罗布拉赫设计了一项实验，可以令昂然植物（一种大型水生植物，也称水熊虫）处于叠加态，但因为昂然植物的容积是真菌的数百倍，这个实验要比让真菌和光发生量子纠缠困难得多。而法罗正在找寻改进真菌实验的方式，他和朋友希望能在今年实现两个真菌间的量子纠缠，而不仅仅让它们分别和光发生量子纠缠。“长期目标是基础的且根本的。这关系到理解现实的本质，以及量子效应是否在生物功能发挥效用。从根本上讲人类首次实现量子通讯，一切事物都是量子的，”法罗补充道，“最大的问题是，量子效应是否在生物的生理活动中起作用。”
比如，一种可能是马莱托所强调的，“自然选择已为生命系统提供了借助量子现象的方式”，正如前文提及的的真菌在极其缺少光线的深海中进行光合作用的反例。但要想要明白事情的始末，还须要从微观开始。目前，研究正逐步地向宏观层次的实验迈向。近日的一项实验已成功实现了数百万个原子的量子纠缠。证明构成生物的分子具备有意义的量子效应，虽然只是处于一些繁杂的实验目的，也可能是关键的下一步。假如这些思想是正确的，这么通过探求量子世界与精典世界的边界，科学家们将能愈发理解量子的宏观含意。