新研究打破传统量子理论认知

薛定谔猫处于一种又活又死的叠加态的示意图。（ShutterStock）

耶鲁大学的新研究称捕捉到量子跃迁状态即将发生的时间点，如果即时行动，或许可以避免“薛定谔猫”出现死亡的结果。这份研究看起来完全打破了传统量子理论的认知。

传统理论称量子跃迁是瞬间发生，这份研究却能实时监控跃迁的过程，并在即将发生的时间点发出预警；传统理论称量子跃迁结果是随机不可预测的，这份研究却称其结果具有“确定性”。

“薛定谔猫”（Schrodinger’s cat）是一个用于描述量子叠加状态的著名思想实验。把一只猫、一个装有氰化氢毒气的玻璃瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时，就会打破玻璃瓶释放毒气杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释，在盒子打开之前，猫处于一种又活又死的叠加态。

传统量子理论认为，打开盒子的事件，造成猫瞬间切换至随机的活或者死的量子态。这份研究认为，这个过程并不是瞬间跃迁，它有个过程，只是非常快。耶鲁大学的研究者设计的实验首次探测到了量子跃迁即将发生之前的时间点。

研究公告说，“研究者们用3个微波发射器照射禁锢在铝制空间的人造原子。微波辐射原子造成量子跃迁的整个过程都处于实时监控之中。当原子被微波激活失去光子的时候，就是量子跃迁即将发生的时间点，研究人员侦测到光子的缺失就发出量子跃迁即将发生的警报。”

研究者之一耶鲁大学应用物理教授Michel Devoret说：“这不仅能捕捉跃迁，还能将其逆转。”

“这是很重要的一点。”公告说，“虽然量子跃迁从长期来看是瞬时和随机的，可逆意味着跃迁的过程具有部分确定性，不完全是随机的。不论从任何状态开始，跃迁总是以相同的、可预计的方式发生。”也就说盒子里面的猫如果死了，可以逆转到活的状态。

“原子的量子跃迁可以比作火山喷发，”这份研究的主要作者Zlatko Minev说，“从长期来看是完全不可预测的，然而通过正确的监测方法，我们可以有把握地在灾难即将发生的前夕发出警报，并在（灾难）发生之前有所行动。”

对量子计算机具有重大意义

研究者们说这份研究对于量子计算机具有重大意义。Minev说，在量子计算机中当量子跃迁发生时，将导致计算错误。很多研究在寻找检查和纠正这些错误的方法，这份研究提供了一个新的思路，也许可以在错误发生之前发现并阻止错误的发生。

这份研究6月3日发表在《自然》（Nature）杂志网络版上。