Nat Commun：刷新人類視覺極限

人眼：敏感的光探測器 Juliet White/Getty Images

人類竟然可以觀察到微弱至單個光子的閃光！近日，一項發表於Nature Communications上的研究似乎解決了70多年來測定人類視覺極限的難題。

「人類是否可以看見單個光子？」來自伊利諾伊大學香檳分校的量子光學研究員Paul Kwiat的回答是「我們可以！」同時，Paul Kwiat還表示，該研究中所用的這項技術為檢測量子效應（比如一個光子同時出現在兩個地方）如何影響生物開闢了新的道路。

「而最令人感到神奇的是，我們似乎不是『看到』光，而是利用想像的極限去 『感受』。」領導該研究項目的洛克菲勒大學物理學家Alipasha Vaziri說道。

脊椎動物的光感細胞十分敏感，它們被稱為視桿細胞。青蛙實驗已經表明，視桿細胞可以對單個光子做出響應。但是，由於視網膜在處理信息時會將虛假警報進行「降噪」，因此研究者無法確認受到刺激的視桿細胞能否觸發信號並傳遞給大腦，也就不能確定人類是否能夠有意識地感知這種信號了。同時，測試人類視覺極限的實驗還需要等待能夠準確地發出一個光子的量子光學裝置出現。

2015年6月，物理學家Rebecca Holmes及其同事Kwiat就已經證實人類可以感受少至三個光子的閃光。但是該團隊並沒有檢測出這種感知能力的極限——即對單個光子的響應。

在Vaziri的試驗中，三個受試者坐在全黑環境約40分鐘，然後注視一個光學系統。當他們按下按鈕之後會聽到兩種聲音，這兩種聲音間隔1秒。其中一種聲音可能伴隨著一個光子發射。受試者必須說出他們在哪種情況下看到了一個光子，並告知確信度如何（程度從1到3）。許多情況下受試者都是錯誤的，這個結果在意料之中，因為多於90%的光子在進入眼睛後並未到達視桿細胞，它們被吸收或者反射到了眼睛的其他部位。但是，受試者答案的正確率仍然比讓他們隨機猜測的正確率高，並且當他們的答案正確時，他們的確信度也更高。

這三位受試者進行了2400次試驗。研究人員認為，大量的試驗數據足以說明單個光子的確可以被人感知到。但是，並非所有的研究者都認為這個結論可靠。新加坡科學技術和研究機構的物理學家Leonid Krivitskiy對該實驗僅有三個受試者表示懷疑。並且他還指出，受試者全部是男性，而男性與女性的視覺生理機能是有所不同的。不過Krivitskiy相信如果該實驗採用更多的受試者，那麼作者的方法確實可以解決問題。

Vaziri還計劃檢測視覺系統對處在各種量子態的光子是如何做出響應的，尤其是那種處於疊加態的光子。一些物理學家建議該實驗可以用來檢測疊加態是否能夠在人類的感覺系統中存在，並且被大腦所感知。

備註：本文編譯自nature網站，原標題：「People can sense single photons」。

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