薛定谔的猫有救了:物理学家通过新方法预测量子跃迁

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著名的“薛定谔的猫”是量子叠加性和不可预测性的象征,而耶鲁大学的研究人员找到了两种生活可不都都还可以“捕获”和“拯救”这只“猫”的最好的办法,通过预测其跳跃动作采取实时行动,从而将其从厄运中拯救出来。在研究过程中,亲戚朋友推翻了量子物理学界多年来的基柱性教条。

这项发现让研究人员可不都都还可以建立一套提前预警系统,预测中含量子信息的人造原子即将居于的“跳跃”动作。提前大选此项发现的报告发表在6月3日的在线版《自然》期刊上。

“薛定谔的猫”是可是著名悖论,阐释了量子物理中“叠加”的概念(即相反的两种生活清况 可不都都还可以不能一齐居于)和不可预测性。你是什么悖论是可是的:一只猫被放满可是密封的盒子中,盒子里有可是放射源,还两种生活生活毒药。若放射性物质有可是原子居于衰变,就会释放毒药。量子物理的叠加理论认为,在一群人打开你是什么盒子时候,其中的猫既是活的,又是死的,即居于两种生活清况 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”中的两种生活。

量子跃迁是指,量子态被人观察到时居于的离散(非连续)、随机的变化。此次实验在耶鲁大学教授米歇尔·德沃雷特(Michel Devoret)的实验室中开展,由主要作者兹拉特科·米奈弗(Zlatko Minev)提出,首次对量子跃迁的真正运作机制进行了考察。而结果令人大吃一惊,与丹麦物理学家玻尔的著名理论背道而驰。该研究结果显示,与时候认为的不同,量子跃迁的居于既不总是、又不随机。

对电子、分子、或中含量子信息的人造原子(又称量子比特)等小物体来说,量子跃迁是指从可是离散的能态总是转移到可是能态。在研发量子计算机时,研究人员可不都都还可以不能补救量子比特的跃迁问题 ,意味着着量子跃迁代表着计算错误。

深奥难解的量子跃迁理论最早由玻尔于可是世纪前提出,但总是到上世纪1000年代才在原子中被观察到。“亲戚朋友每次对可是量子比特进行测量,可不都都还可以 居于你是什么跃迁。”德沃雷特表示,他是耶鲁大学应用物理和物理学教授和耶鲁量子研究所成员,“量子跃迁从长期来看,是无法进行预测的。”

“尽管没有 ,”米奈弗补充道,“亲戚朋友还是试试看,是算是有意味着着对即将居于的跃迁发出预警信号。”米奈弗指出,此次实验是受了奥克兰大学教授、量子轨迹理论的先驱霍华德·卡迈克尔(Howard Carmichael)所做的一项理论预测的启发。

除了其产生的巨大影响之外,此次发现还意味着着代表着,亲戚朋友对量子信息的理解和控制取得了重大进展。研究人员表示,可靠地管理量子数据和实时纠错是研发量子计算机过程中的关键挑战。

此次耶鲁团队利用了两种生活特殊最好的办法,对可是超导人造原子展开间接监测,利用三台微波发射器,对密封在可是用铝制成的3D空腔中的原子进行辐射。你是什么双重间接监测最好的办法由米奈弗提出,让研究人员可不都都还可以以从未有过的高速率观察原子。

微波辐射可不都都还可以在人造原子被观察到的一齐、对其进行激发,造成量子跃迁。而有有哪些跃迁发射的微弱量子信号可不都都还可以被放大,不必因室温造成损失。在此次实验中,有有哪些信号可不都都还可以不能得到实时监测,让研究人员可不都都还可以及时发现检测光子(即由受微波激发的原子的振荡态释放出的光子)的总是消失。检测光子的消失便是即将居于量子跃迁的预警信号。

“此次实验显示,尽管受到了观察,但量子跃迁的一致性有所增加。”德沃雷特指出。米奈弗也补充道:“利用你是什么点,亲戚朋友不仅能及时捕捉到量子跃迁,还能逆转它。”

研究人员表示,你是什么点非常关键。我确实从长期来看,量子跃迁的居于显得离散而随机,但逆转量子跃迁意味着着,量子态的演变从帕累托图程度上来说是两种生活选泽性的、不必随机的特征。量子跃迁的起点我确实随机,但总是以同两种生活可不都都还可以不能预测的最好的办法居于。

“可是原子的量子跃迁有点儿你是什么火山爆发。”米奈弗指出,“从长期来看多全无法预测,但假使 监测最好的办法得当,亲戚朋友肯定能探测到灾难即将居于的信号,并及时采取行动。”

此次研究的或者 一齐作者还有耶鲁大学的罗伯特·舍尔考夫、尚塔努·蒙德哈达、希亚姆·山卡尔和菲利普·莱因霍德,奥克兰大学的里卡多·古铁雷斯·豪瑞吉,以及法国计算机科学与自动化研究所的玛兹亚尔·米拉西密。此次研究由美国陆军研究办公室支持,是耶鲁大学量子研究取得的最新进展。耶鲁大学的科学家们正在研发量子计算机的第一线奋斗,意味着着在利用超导电路的量子计算机领域做出了或者 开创性的工作。

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