物理学家找到“抓住并拯救”薛定谔猫的方法

2022-02-24 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:896 /
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奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年设想的思想实验“薛定谔的猫”是一个悖论,它将量子物理学中的叠加概念应用于日常生活中遇到的物体。这个想法是把一只猫放在一个密封的盒子里,盒子里有一个放射源和一种毒药,如果放射性物质的一个原子衰变,就会触发这种毒药。量子物理学表明,猫是生是死,......

奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年设想的思想实验“薛定谔的猫”是一个悖论,它将量子物理学中的叠加概念应用于日常生活中遇到的物体。这个想法是把一只猫放在一个密封的盒子里,盒子里有一个放射源和一种毒药,如果放射性物质的一个原子衰变,就会触发这种毒药。量子物理学表明,猫是生是死,直到有人打开盒子,这样做,改变了量子状态。现在,来自耶鲁大学和奥克兰大学的一组物理学家已经找到了如何捕捉和拯救施罗德·格的名猫的方法,他们预测了它的跳跃,并实时采取行动,将它从众所周知的厄运中拯救出来。这一发现使物理学家能够为包含量子信息的人造原子即将发生的跳跃建立一个预警系统。

Minev et al figured out how to catch and save Schrödinger’s famous cat, the symbol of quantum superposition and unpredictability. Image credit: Kat Stockton.

米涅夫等人想出了如何抓住并拯救薛定谔那只著名的猫,它是量子叠加和不可预测性的象征。形象信用:凯特·斯托克顿。

对于一个微小的物体,如电子、分子或含有量子信息的人造原子(量子位),量子跳跃是指从其离散的能量状态突然转变为另一种状态。

在开发量子计算机时,研究人员必须处理量子比特的跳跃,这是计算错误的表现。

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在一个世纪前提出了量子跃迁的理论,但直到20世纪80年代才在原子中观察到。

新的实验首次探究了量子跳跃的实际工作原理。

结果揭示了一个令人惊讶的发现,与玻尔的既定观点相矛盾& # 8212;跳跃既不像先前想象的那样突然,也不像先前想象的那样随机。

“每次我们测量一个量子位时,都会发生这些跳跃。众所周知,量子跳跃从长远来看是不可预测的,”耶鲁大学和耶鲁量子研究所的米歇尔·德沃雷特教授说。

耶鲁大学的兹拉特科·米涅夫博士补充说:“尽管如此,我们想知道是否有可能得到一个提前警告信号,表明跳跃即将发生。”。

科学家们使用一种特殊的方法来间接监测超导人造原子,用三个微波发生器照射封装在铝制成的3D空腔中的原子。

该团队为超导电路开发的双重间接监测方法,使研究人员能够以前所未有的效率观察原子。

微波辐射搅动人造原子,因为它同时被观察,导致量子跳跃。

这些跳跃的微小量子信号可以被放大,而不会损失到室温。在这里,他们的信号可以被实时监控。

这使得物理学家能够看到探测光子的突然消失(由微波激发的原子的辅助状态发射的光子);这种微小的缺失是量子跃迁的预警。

“尽管有观察,这个实验显示的美丽效果是跳跃过程中相干性的增加,”Devoret教授说。

“你可以利用这一点,不仅抓住跳跃,而且逆转它,”米涅夫博士补充道。

这是至关重要的一点。虽然从长远来看,量子跃迁看起来是离散和随机的,但逆转量子跃迁意味着量子态的演化在某种程度上具有确定性而非随机性;跳跃总是以相同的、可预测的方式从它的随机起点发生。

“原子的量子跃迁有点类似于火山爆发,”米涅夫博士说。

“从长远来看,它们完全不可预测。尽管如此,通过正确的监控,我们可以确定地检测到即将发生的灾难的预警,并在灾难发生之前采取行动。”

团队& # 8217;的论文发表在《自然》杂志上。

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米涅夫等人在飞行中捕捉并逆转量子跳跃。自然,2019年6月3日在线发布;doi:10.1038/s 14586-019-1287-z


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