测量量子的某些属性,同时保持其它属性仍为不确定态

涨知识 老郝 来源:sciencealert 185浏览 0评论

众所众知,量子力学有许多超乎常理之处。比如说,测量会导致量子态的坍塌。剩下的一个问题:是否存在理想的量子测量之类的东西,可以使我们单单测量系统的某个方面,从而不会导致整个系统的坍塌。

在1940年代,美国-匈牙利数学家约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)认为,测量量子系统的一部分(如电子在轨道上的位置)将为其产生足够的量子噪声,从而使电子失去概率波的状态。

几年后,德国理论物理学家格哈特·吕德斯(Gerhart Lüders)对冯·诺依曼的假说提出了质疑,指出即使某些粒子属性变得明确,另外方面上的不确定性质仍会保留。

尽管物理学家在理论上赞同吕德斯的观点,但只有实验才能充当裁判,而这可不是轻松就能完成的实验。

研究人员用缺少电子的锶原子作为陷阱,捕获电子,同时保证我们没有获取电子轨道的信息,使它们处于两条轨道之间的电子云状态。

这或多或少地类似于诸多量子计算机中的技术。激光迫使离子中的电子叠加运动,当高能态的电子落回原位时放出的光子,可以使我们确认轨道间的电位移动。

只有检测到光子,我们才能将电子锁定到确定的位置。全部过程耗时百万分之一秒

斯德哥尔摩大学物理学家Fabian Pokorny说:“每当我们测量电子的轨道时,测量的答案将是电子在较低或较高的轨道上,而从不在两者之间。从某种意义上说,测量迫使电子把自己的轨道确定下来。”

他们发现,量子系统从可能性到确定性的过渡并不是绝对的事情。可以测量它的各个方面,例如电子的最终静止位置,同时不影响和确定其叠加的某些特征。吕德斯当年的说法是正确的。

斯德哥尔摩大学的物理学家、首席研究员Markus Hennrich说:“这些发现为理解大自然提供了新思路,并且与现代量子物理学的预言相一致。”

而且,转变不是瞬间发生的。借助超高速相机,我们可以看到电子呈现出一个清晰的轨迹。研究团队证明,这一变化是一个不断发展的过程,似乎从完全不确定性到特定轨道的转变是可能性逐渐升高的过程,而非瞬时效应。

这也不是第一个做出此类发现的实验。量子迁越类似积蓄能量的“火山喷发”,而非“电灯开关”。但新实验确实为理论增加了一些有趣的细节,从而可以实现理想的测量。

可悲的是,我们还是不知道,这一特性,对宏观世界意味着什么,更不用说如何帮助薛定谔的那只可怜猫咪了,它还在黑暗中耐心地等待着。

我们所知道的是,打开盒子并没有完全使猫咪脱离非生非死的奇异状态。

这项研究发表在《物理评论快报》上。

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