两只“量子柴郡猫”如何互换笑脸

 
 
两只“量子柴郡猫”如何互换笑脸  
 

看过童话《爱丽丝梦游仙境》的人城市记着那只咧着嘴笑的猫——“柴郡猫”，它（本体）可以凭空消失，但笑脸（属性）还挂在半空中。

经典世界中的物体拥有各类百般的属性，如质量、体积等等。一般认为，物体本体与其拥有的属性是不行疏散的，然而在量子世界中环境却有所差异。2013年的理论研究表白，微观粒子的物理属性（如电子的电荷和自旋、光子的偏振等）可以和其本体疏散，这种现象被沃尔夫奖得到者亚基尔·阿哈罗诺夫（Yakir Aharonov）等人称为“量子柴郡猫”。

中国科学技能大学一项最新研究成就表白，在量子世界中物质与其物理属性存在更为机动多变的干系。“量子柴郡猫”所具有的属性不只可以从其本体剥离，甚至可以被另一只“柴郡猫”捕捉。也就是说，两只“柴郡猫”可以互换笑脸。

日前，国际学术期刊《自然·通讯》颁发了这项研究成就。本报7月14日刊发报道《我学者展现“量子柴郡猫”奇特量子特性》激发社会存眷，环绕各人体贴的问题，记者再次采访了该科研团队。

新颖的丈量手段

为了可以或许展现“量子柴郡猫”笑脸的互换，中国科学技能大学郭光灿院士团队回收了被称为量子弱丈量的技能。

“之所以被称为弱丈量，是相对尺怀抱子力学中的强丈量而言的。”团队成员许小冶先容说，众所周知，对描写微观量子系统波函数实施强丈量，会将系统波函数随机坍缩到丈量算符的某一个本征态，这个进程将不行制止地粉碎量子系统的状态。譬喻利用检偏器对光子的偏振状态举办判断，尽量最终可以或许确定光子的偏振偏向，但同时也会完全粉碎初始状态，除非光子一开始就是处在检偏器的本征指向上。之所以将这个进程称为强丈量，是因为丈量进程中需要完成待丈量子系统和丈量探针之间的耦合，而且这个耦合是如此之强，可以或许将系统和探针完全胶葛起来。

而量子弱丈量则思量别的一种环境，那就是系统和探针之间的彼此浸染很是微弱，以至于不会粉碎系统的量子状态，系统在产生耦合之后还可以继承演化，同时微弱的丈量耦合也不会提供关于系统状态的有用信息。“这个观念在量子力学中是一个较量陈腐的话题，直到亚基尔·阿哈罗诺夫等三名科学家于1988年提出弱值的观念后，开始受到遍及存眷。”许小冶说，和量子强丈量中界说可观丈量的期望值一样，可观丈量的弱值被界说在前选择态和后选择态上，由两者配合抉择。三位科学家在最初的文章中指出，弱值不再是可观丈量的本征值，可以远高出本征值的范畴，甚至可以取复数值。

尽量弱值观念广受争议，但在量子信息技能中已被遍及应用。譬喻中国科学技能大学研究团队在2013年基于弱值实现阿秒量级的高精度时间延时丈量，以及最近实现胶葛系统波函数的直接表征。由于弱丈量对系统状态的粉碎可以做到最小，该技能在摸索量子力学根基问题方面同样被遍及利用，譬喻丈量微观粒子的波姆轨迹，以及视察杨氏双缝中非局域的动量通报。

本体和属性的疏散

在最初版本中，亚基尔·阿哈罗诺夫等人思量将光子作为“量子柴郡猫”，而且将光子的自旋（偏振）作为其笑脸。整个系统由一个过问干与仪组成，个中光子在颠末度束镜后，可以选择上下两个路径。“我们可以通过对光子实施两组所谓的弱丈量来展现光子本体和其属性的疏散，个中一组用于丈量光子本体所处的位置，另一组则用于丈量其自旋状态，也就是柴郡猫的笑脸的位置，丈量功效则由弱值描写。”