奧地利物理學(xué)家歐文·薛定諤(Erwin Schr?dinger)提出的著名思想實驗“盒子里的貓”，是量子力學(xué)是量子力學(xué)基本特征的經(jīng)典示例——在量子水平上，粒子行為是不可預(yù)測的。
但是，如果我們可以預(yù)測某些量子過程呢？物理學(xué)家團隊認(rèn)為這是可能的。在一項新研究里，他們已經(jīng)證明了他們能夠預(yù)測一種叫做量子躍遷的東西，甚至還可以在跳躍開始之后，扭轉(zhuǎn)整個進程。
他們說，他們能夠把薛定諤的貓搶救回來。網(wǎng)站推廣外鏈
但首先快速回顧一下。
在一個盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時有50%的概率放射性物質(zhì)不會衰變而貓將活下來。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個結(jié)果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開后，外部觀測者觀測時，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定?！倏?/span>
思想實驗的核心是被稱為量子疊加態(tài)的特性，其中粒子(如原子，或電子，或光子)可以同時具有多個能級——直到你觀察到它，它的狀態(tài)才會坍縮成確定的點。一旦被觀察到，它在能級之間突然地、隨機式地跳躍就被稱為量子躍遷。
現(xiàn)在，物理學(xué)家不僅可以預(yù)測、還可以操縱，人為地改變量子躍遷結(jié)果。由耶魯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊在被稱為量子比特的人工原子上完成了實驗，這些原子也被用作量子計算機中的基本信息單位。
每次去測量量子量子比特時，它都會執(zhí)行能級跳躍。歸根到底，它們都是不可預(yù)測的，而這可能會導(dǎo)致量子計算出現(xiàn)問題。
耶魯大學(xué)的物理學(xué)家Zlatko Minev說：“我們想知道是否有可能在量子躍遷之前得到預(yù)警?！?/span>
該團隊設(shè)計了間接觀察超導(dǎo)量子比特的實驗，其中用到3部微波發(fā)生器在鋁制的密封3D外殼內(nèi)照射量子比特。
微波輻射在量子比特切換能級，而另一束微波輻射用來監(jiān)測外殼。當(dāng)量子比特處于基態(tài)時，微波束產(chǎn)生光子。突然缺失光子意味著量子比特即將躍入激發(fā)態(tài)。
結(jié)果表明，量子躍遷并不是一個間斷式的跳級；不是按一下就變的開關(guān)，或許，更像是有滑動過程的操縱桿。
因此，完美定時的輻射脈沖可以在檢測到量子躍遷后將其打回原形，使量子位回到基態(tài)；或者，對薛定諤的貓來說，可以使死亡(激發(fā)態(tài))的貓咪死而復(fù)生(基態(tài))。
仍然存在長期的不可預(yù)測性；如研究人員無法準(zhǔn)確預(yù)測量子躍遷何時發(fā)生?？赡茉谖宸昼姾?，也可能是五個小時。
但是一旦躍遷開始，它總是遵循相同的路徑。該團隊觀察到超過680萬次量子躍遷，模式是一致的。
“原子的量子躍遷有點類似于火山噴發(fā)，”Minev說，“從長遠來看，它們完全無法預(yù)測。
“盡管如此，通過正確的監(jiān)控，我們可以預(yù)見到即將發(fā)生的災(zāi)難，并在災(zāi)難發(fā)生前采取行動?！?/span>
該研究發(fā)表在《自然》上。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
