物理學家拯救了薛定諤的貓

奧地利物理學家歐文·薛定諤(Erwin Schr?dinger)提出的著名思想實驗「盒子里的貓」，是量子力學是量子力學基本特徵的經典示例——在量子水平上，粒子行為是不可預測的。

但是，如果我們可以預測某些量子過程呢？物理學家團隊認為這是可能的。在一項新研究里，他們已經證明了他們能夠預測一種叫做量子躍遷的東西，甚至還可以在跳躍開始之後，扭轉整個進程。

他們說，他們能夠把薛定諤的貓搶救回來。

但首先快速回顧一下。

在一個盒子里有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。根據經典物理學，在盒子里必將發生這兩個結果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。在量子的世界裡，當盒子處於關閉狀態，整個系統則一直保持不確定性的波態，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後，外部觀測者觀測時，物質以粒子形式表現後才能確定。——百科

思想實驗的核心是被稱為量子疊加態的特性，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。

現在，物理學家不僅可以預測、還可以操縱，人為地改變數子躍遷結果。由耶魯大學領導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，它都會執行能級跳躍。歸根到底，它們都是不可預測的，而這可能會導致量子計算出現問題。

耶魯大學的物理學家Zlatko Minev說：「我們想知道是否有可能在量子躍遷之前得到預警。」

該團隊設計了間接觀察超導量子比特的實驗，其中用到3部微波發生器在鋁製的密封3D外殼內照射量子比特。

微波輻射在量子比特切換能級，而另一束微波輻射用來監測外殼。當量子比特處於基態時，微波束產生光子。突然缺失光子意味著量子比特即將躍入激發態。

結果表明，量子躍遷並不是一個間斷式的跳級；不是按一下就變的開關，或許，更像是有滑動過程的操縱桿。

因此，完美定時的輻射脈衝可以在檢測到量子躍遷後將其打回原形，使量子位回到基態；或者，對薛定諤的貓來說，可以使死亡(激發態)的貓咪死而復生(基態)。

仍然存在長期的不可預測性；如研究人員無法準確預測量子躍遷何時發生。可能在五分鐘後，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於火山噴發，」Minev說，「從長遠來看，它們完全無法預測。

「儘管如此，通過正確的監控，我們可以預見到即將發生的災難，並在災難發生前採取行動。」

該研究發表在《自然》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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