生活健康报移动版

　　研究人员使用的量子系统要比原子大得多，由超导材料制成的线缆构成，有时被称作“人造原子”，因为它们具有离散的量子能态，类似于真实原子中的电子态。能态之间的跃迁可以通过吸收或者释放一个光子诱导出来，就跟原子中的电子跃迁一样。

　　有科学家认为，这项研究可能还能应用于量子计算纠错方面。不过，实验结果的真正价值不在于任何实际应用上，而事关我们对量子力学体系的认识。

　　薛定谔的猫如何得救

　　通过正确的监测，可以观测到一种预警信号并采取行动

　　薛定谔的猫悖论，阐释了量子物理中“叠加”的概念（即相反的两种状态可以同时存在）和不可预测性：一只猫被放在一个密封的盒子中，盒子里有一个放射源，还有一种毒药。若放射性物质有一个原子发生衰变，就会释放毒药。量子物理的叠加理论认为，在有人打开这个盒子之前，其中的猫既是活的，又是死的，即处于两种状态的叠加态。一旦打开盒子、观察到了猫的死活，其量子态就会立即改变，变成“死”或“活”中的一种。

　　耶鲁大学的研究表明，量子跃迁时能够观测到一种预警信号，这就使得薛定谔那只生死未卜的猫有救了。

　　由于原子核的衰变是随机事件，物理学家只知道它衰变的几率，无法知道它在什么时候衰变。如果原子核衰变，放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出氰化物气体，猫就会被毒死。

　　如果物理学家不揭开密室的盖子，则猫是死是活的状态就不确定，处于一种既死又活的叠加态。只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死还是活。这样就使得微观的不确定原理，变成了宏观的不确定原理。

　　耶鲁大学的研究人员在实验中使用的是一种间接的观察方式，这个技术也正是量子信息领域目前广泛应用的“弱测量”方法，不会扰动被观察对象。研究人员认为，一个粒子的跃迁，既不像之前认为的那样突然，也不像之前认为的那样随机，量子态的演化在一定程度上具有确定性而非随机性。理论上，通过正确的监测，可以确定地发现即将来临的灾难预警，并在灾难发生之前采取行动，在预测到原子核衰变的那一瞬间，移开毒药瓶，于是薛定谔的猫得救了。米涅夫说：“原子的量子跃迁有点类似于火山喷发。从长远来看，它们是完全不可预测的。尽管如此，通过正确的监测，我们可以准确获得即将发生的灾难的预警，并在灾害发生之前对其采取行动。”

　　量子力学根基没有受到影响

　　论文里明确说明实验结果与量子力学理论符合得很好

　　根据冯·诺依曼的总结，量子力学有两个基本的过程，一个是按照薛定谔方程确定性地演化，另一个是因为测量导致的量子叠加态随机塌缩。薛定谔方程是量子力学核心方程，它是确定性的，跟随机性无关。那么量子力学的随机性只来自于测量。

　　这个测量随机性正是让爱因斯坦无法理解的地方，他用了“上帝不会掷骰子”这个比喻来反对测量随机性。但无数的实验证实，直接测量一个量子叠加态，它的结果就是随机的。为了解决这个问题，诞生了量子力学多个诠释，其中主流的三个诠释为哥本哈根诠释、多世界诠释和一致历史诠释。

　　哥本哈根诠释认为，测量会导致量子态塌缩，即量子态瞬间被破坏，随机跌到一个本征态上；多世界诠释认为，每一次测量就是世界的一次分裂，所有本征态的结果都存在，只是互相完全独立，干扰不到对方，我们只是随机地在某一个世界当中；一致历史诠释引入了量子退相干过程，解决了从叠加态到经典概率分布的问题。但是在选择哪个经典概率上，还是回到了哥本哈根诠释和多世界诠释的争论。

　　中国科学院量子信息重点实验室李传锋教授告诉科技日报记者，这些诠释预言了同样的物理结果，相互之间不可证伪，那么物理意义就是等价的，所以学术界还是主要采用哥本哈根诠释，即用塌缩这个词代表测量量子态的随机性。

　　“耶鲁学者的实验并没有影响到量子力学的根基，即量子力学内在的不确定性。”李传锋表示，量子跃迁对于波函数本身来说是确定的，就像一个骰子，很确定它不可能掷出7点来一样。波函数能够计算出处于量子态的粒子概率云是如何演化的，但一旦涉及测量问题，薛定谔方程就解决不了，唯一的办法就是计算粒子的概率，如位置概率、动量概率等等。