如何捕捉并拯救薛定谔的著名猫？最近，研究人员通过预测猫的“跳跃”并对其采取“实时行动”，将猫（量子叠加和不可预测性的象征）从众所周知的厄运中拯救出来。在此过程中，他们推翻了多年来建立的量子物理学的基石。
1.
在物理学中，薛定谔的猫是一个非常著名的悖论，它描述了量子力学中的叠加（两种相反状态同时存在的能力）和不可预测性的概念。
在这个著名的思想实验中网校头条，一只猫被放在一个密封的盒子里，里面装有一份放射性物质和一份毒药。如果放射性物质中的任何一个原子衰变，就会引发毒药，猫就会死亡。
根据量子物理的叠加理论，在盒子被打开之前，猫将处于一种不确定的叠加状态，即它既死又活。只有在打开盒子的那一刻，对猫的观察才会导致其量子态突然随机变化，迫使它要么死要么活。
量子跃迁是指进行观察时量子态的离散（非连续）和随机变化。
对于一些微小物体，例如包含量子信息（即量子位）的电子、分子或人造原子，量子跃迁是指它们从一种离散能态到另一种离散能态的转变。近年来，量子跳跃已成为一种非常关键的量子现象，特别是在量子信息领域，它被用来检测和纠正量子信息系统中退相干引起的错误。因此，量子位的跃迁是研究量子计算机的科学家必须处理的一个重要问题，因为跃迁的发生意味着计算的错误。但每次测量量子位时都会发生这种转变，而且是不可预测的。
在《自然》杂志上发表的一项新研究中，物理学家使用过冷电路来模拟具有多个能级的原子，这是一种包含量子信息的人造原子。研究人员惊讶地发现，决定生死的量子跃迁并不是在一瞬间完成的。在跳跃发生之前甚至会有预警信号。这一结果使研究人员能够扭转这一过程——让死去的猫复活！这不仅对薛定谔可怜的小猫来说是个好消息，对研究量子计算机的物理学家来说也是个好消息。
2.
1913年，尼尔斯·玻尔提出原子两个离散能级之间存在量子跃迁。长期以来，关于量子跃迁的本质和存在性存在很大争议，直到20世纪80年代物理学家才在原子中观察到这种现象。从那时起，人们在各种原子和固体系统中观察到了量子跃迁。
从根本上说，由于量子物理学的不确定性，我们认为量子跃迁的时间是不可预测的。但有可能知道量子跃迁是否即将发生吗？耶鲁大学的物理学家似乎对这个问题给出了明确的答案：他们通过实验证明，在三个能级的超导人造原子中，可以实时监测从基态到激发态的转变。跟踪与基态耦合的辅助能级。
这个实验是由论文第一作者米涅夫提出的。他提出这个实验是因为受到奥克兰大学一位教授的启发。是现代量子轨迹理论的先驱，也是这项研究的合著者。根据他的一项理论预测：在跃迁过程中，系统的状态不仅会在基态和激发态之间不断演化，而且会在基态和激发态之间不断演化。还有一个“潜伏期”，一个辅助能量水平，为即将发生的转变提供警告信号。
该研究的实验部分是由一位物理学教授进行的，他的研究小组使用一种特殊的方法来间接监测超导人造原子，这些原子被封闭在一个由铝制成的三维空腔中，并暴露在三个微波发生器的辐射下。使用这种方法，研究人员可以以前所未有的效率观察原子。
此外辐射4物理学家，在观察人造原子时，微波辐射也会对其产生干扰，引起量子跃迁。跃迁发出的微弱量子信号可以无损失地放大，使研究人员能够实时监测其信号，从而检测原子辅助态发出的光子的突然消失。它是由电子引起的，是量子跃迁的早期预警。
这是对量子跳跃实际原理的首次深入研究，他们获得了令人震惊和意想不到的结果。他们的发现意味着量子跳跃既不是突然的也不是随机的，每次跳跃都有一个连续且确定性的演化。这与玻尔的既定观点相矛盾。
3.
作者表示，这个实验展示的一个美妙的效果是，量子相关性在跃迁过程中得到了增强。我们不仅可以用它来捕获转换，还可以反转它们。研究人员认为这是一个非常关键的点。虽然从长远来看，量子跳跃确实看起来是离散和随机的，但逆转量子跳跃意味着量子态的演化在某种程度上是确定性的。它总是以相同的、可预测的方式发生 从随机的起点发生。
“在某种程度上，原子中的量子跃迁类似于火山喷发，”米夫说。 “从长远来看辐射4物理学家，它们是完全不可预测的。”但通过正确的监控，我们可以可靠地发现即将发生的灾难的早期预警，并在灾难发生之前采取行动。
除了对量子物理基础的影响之外，这一新发现的一个重大意义是它可能让我们更好地理解和控制量子信息。毕竟，能够可靠地管理量子数据并纠正错误一直是开发完全可用的量子计算机的主要挑战。新的研究为解决这些挑战带来了希望。
参考链接：
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来源：原理
编辑：Major Tom
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