量子粒子的行为长期以来是物理学研究的核心议题之一。单粒子干涉实验显示，光子在传播过程中可呈现类似扩散波的特征，但在探测时却只会在某一具体位置被记录。传统量子力学通常以叠加态描述“此处与彼处同时存在”的情形，但这一表述更多对应测量结果，而非在缺少探测器时粒子“在哪里”的问题。

广岛大学先进科学与工程研究生院教授霍尔格·F·霍夫曼（Holger F. Hofmann）领导的研究团队提出一种测量方案，旨在在不破坏光子波状传播与干涉条件的前提下，对其非局域性进行量化表征。相关成果发表于《新物理学杂志》（New Journal of Physics）。

研究中，团队将改良后的“弱测量”方法应用于双路径干涉仪：光子沿两条路径传播时，研究人员分别在其中一条路径施加一个正角度的微小旋转，在另一条路径施加一个负角度的微小旋转。若两条路径在输出端发生干涉，测得的平均旋转角度始终为零，但研究人员指出，这一结果仅反映统计平均，并不足以揭示单个光子的具体行为。

为识别单个光子的角度变化，研究团队转而观测光子偏振发生量子跳跃至正交偏振态的速率。实验设计中，这一跳跃速率与旋转角度的平方相关，研究人员据此利用“平方量”来判断光子是否仅沿单一路径传播。

研究人员表示，若按经典物理的直观规则，单个粒子作为“实心物体”一次只能处于一个位置，因此应当只在路径A（记为+1）或路径B（记为-1）之一；在这两种情形下，对应数值的平方均为1。然而，实验数据得到的结果并不符合这种非此即彼的模型。研究团队据此认为，光子的物理存在在两条路径上同时呈分布状态，表明在探测器将其定位之前，粒子确实具有非局域特征。

研究团队同时指出，这类结果对高精度传感应用具有意义。在量子体系中，叠加态带来的不确定性可转化为测量优势，使相位灵敏度有望达到超出以往对“单粒子极限”的直观预期，从而服务于超精密测量场景，例如GPS、原子钟或深空通信。

除技术层面外，研究还触及对“现实如何被定义”的讨论。研究人员以宏观世界为对照指出，人们通常认为即使不观测，物体也依然存在于其位置；在宏观尺度上，物体持续与环境（如阳光、引力等）发生相互作用，这些相互作用可被视为对其状态的持续“记录”。而在光子等微观体系中，与环境的可记录交互相对稀少。

霍夫曼在论文相关表述中称，人们在想象一个物体时往往默认它“容易被看到”，但在微观层面，物体几乎没有可记录的环境交互；研究结果提示，宏观世界之所以易于被观察，与微观世界的情形并不相同，需要区分“存在”的含义与测量在定义现实中的作用。