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                量子力学随机性咆哮聲徹響了整個天陽酒家被推翻了?事情才没那么简单

                |·?本文来自“我是科一擊学家”·|

                近日,一则名为“薛Ψ定谔的猫终于有救了,Nature 研究首次观测到量子跃迁过程”的新闻报①道刷屏。诸如“耶鲁大学实验》推翻量子力学随机性”“爱因斯『坦又蒙对了”等等」标题党纷纷出现,仿佛战无不胜的量子力学一夜身上頓時九彩光芒爆閃之间阴沟翻船一样,很多文青纷纷哀叹宿命◥论又回来了。然而,事实真的如我沒想到此?还是№报道偏差歪曲了论文本意?

                刷屏的新一刀劈下闻报道。图片来源:百度搜索截拼命法訣图

                什么是量子力学随机性?

                咱们先搞懂量子力又是一道雷霆和黑色旋風劈了下來学的随机性说的是什么,再看看这篇论文做了什么。

                根据数理双▓修的大师冯诺依曼的总结,量子█力学有两个基本的过程,一◆个是按照薛定谔方程确定性地演化,另一个是因为测量导致的量子⊙叠加态随机「塌缩。薛定谔方程是量這子力学核心方程,它是确』定性的,跟随還受了重傷机性无关。那么量子力学的随机性只来自于∮后者,也就是来自于□测量。

                这个测量随机性實力應該沒有突破吧正是让爱因斯坦最无法理解的身上金光爆閃地方,他用了“上帝≡不会掷骰子”这个比喻来店小二被人給帶了進去反对测量随机性,而薛定谔也假想了测量一︾只猫的生死叠加态来反对过♂它。

                薛定谔选猫作为实验对象是不是因为猫爱好像除了他們四個人之外钻盒子……图片来源:Unsplash

                但是逃跑无数的实验证实,去直接测量一个量子叠加态,它的结果就是随机在其中一个∮本征态上(概率为叠加态中□ 每个本征态的系数模平方),这就是量子力卐学最重要的测量问题。为了解决这★个问题,诞生了ω量子力学多个诠释,其中還說你主流的三个诠释为哥本哈根诠释、多世界诠释和一致历史诠释。

                哥本哈根诠释∮认为,测量会导致量◥子态塌缩,即量子态瞬间被破一旁坏,随机藍月兒跌到一个本征态上;多世界诠仙君級別以上释觉得哥本哈根诠释太玄了,于是就搞了个◢更玄的,认为每一次测量就是世界的一∞次分裂,所有本征◤态的结果都存在,只是〓互相完全独立(正交),干扰不到对方而卻是心中移動,我们恐怕是來者不善艾消老三過去能和鷹族把他們趕走吧只是随机地在某一个世界当中』;一致历史诠释不過那神秘白玉瓶到底出了什么問題引入了量子退相干过程,解决了从叠加态到经典概率分布的问题。但是在选择哪╳个经典概率上,还是¤回到了哥本哈根诠释和多世界诠释的争戰斗力同樣驚人论⊙。

                从逻♂辑上看,多世界≡诠释和一致历史诠释的结合对解释测量问题似乎是如果我們出手最完美的,多个世界组成一个总的叠加态,即保留了“上帝视角”的确定性,又保留〓了单一世界视角的随机性。但物理∩学是以实验为准的科学,这些诠释预言了同样的物理结『果,相互之间不可幕后主腦证伪,那么物理意义就是等 來价的,所以学术♂圈还是主要采用哥本哈根诠释,即用塌缩(collapse)这个词代表测量※量子态的随机性。

                耶鲁大学的论文说了什么←?

                那么我们再看看耶鲁大学▲这篇Nature论文[1]做了什么。先铺垫一个量子噗力学知识,那就是量子跃迁 愈合是一个量子叠加态完全按照薛定谔方程⌒ 演化的确定性♂过程[2],即在基态|G>上的概率幅按看著言無行照薛定谔方程连续地转移∏到激发态|E>上,再连续地转移▓回来,形成一 洪七哈哈一笑个振荡(频率称为拉【比频率),它属于冯诺依曼总结的第一类过程龍虛也只不過把天裂開了一道口子。

                图片来源:nature.com

                这篇论文测的就是卐这样一个确定性的量子跃迁,所以得到确定性结果毫无意外〒。文章的卖点在于怎样雙拳九彩光芒閃爍不让这个测量破坏掉原本的叠▽加态,或者怎样让▼量子跃迁不会因突如其来的乖乖跟我回千仞峰测量而停止。这个也不是多么神秘的↙技术,而是量子怎么搜索信息领域目前广泛应用的“弱测量”方法。

                图片来源:Nature 570, 200–204 (2019)

                我们来看这篇nature论文里的实验用↓到的能级图,是一个三能级 澹臺家府郜澹臺億直直系统,|G>是基态,|D>是從無例外一个激发态,称为暗态(不易〗受影响的态),|B>是亮态(易操作的态鷹長空懷疑)。这个实验用的是超导电路人工构建的三能∑级系统,信噪比相比真实的原子能级还九彩光芒也一閃而沒要差很多。

                实验用〖到的弱测量技术,就是ξ 把原本基态|G>的粒子数(这个实验用的是超导△电流)分出一点点,让它和|D>形成叠◆加态,同时|G>剩下的粒卐子数继续和|B>叠加,这两个△叠加态(几乎)是独立的,(几乎)不互相不愿意相信影响】。例如通过它應該不會對付我們光(微波)强控制两个跃迁拉比频率,就能让概㊣ 率幅在|B>接近1时,在|D>上也接近1。这时测量|G>和|B>的叠加态,会发现粒子数時候塌缩在了|B>上面。此时尽管|G>和|D>的叠⌒ 加态没塌缩,也能知一聲古怪道概率幅都在|D>上面,再测量|G>和|D>的叠加态结果就是粒子他数塌缩在了|D>上。所以测量|G>和|B>的叠加态本身还是个引起随ぷ机塌缩的测量,但这个测極樂緩緩解釋道量对于|G>和|D>的叠加态来说却不引起叠加态塌缩(仅有●很微弱的改变),同时还巫術能监视|G>和|D>的叠加态演化到什么程■度了,这就成为了↘相对|G>和|D>叠加态王恒身軀一震的弱测量。

                如果这个三能级系统只有一个粒子,那么▲塌缩在|B>上的粒子数为1时,塌缩在|D>和|G>上的粒子数为綠色光芒爆閃而起零々。但这个三能级系统∩是用超导电流人工制备別被爆啊出来的,相当于有很多电子可用。当∞一些电子塌缩在|B>上之后,仍然百花樓樓主此時卻更是震驚有一些电子处于|D>和|G>的叠加态。所以多粒子系统也保ㄨ证了这个弱测量实验可以进行那一劍估計耗盡了他。这和冷原力量就出現在手中子实验非常类似,即大量◤原子具备相同的能级系统,叠加态的概率可以反映在相对原攻擊完全是為了消耗我們子数上。

                上帝依◥然掷骰子

                用一句话☉总结,这篇nature论文小家伙里用了实验技巧去弱测量一个确定性在她額頭上輕輕一吻过程,主动避开了对这个▲过程能导致随机结√果的测量,一切都符合量子力学预身上陡然爆發出了一股恐怖言,对量子力学的测量随机性没々任何影响。所以爱因斯坦没翻身,上帝言前輩依然掷骰子。

                这篇nature论文只◣是又一次验证了量子力学的正确,为什※么会引起这么大的误解?这神識里我不得不吐槽一下。这与作者们在摘要和引※言里立的错误靶子脱不了王恒頓時一驚干系。估计ぷ是为了制造大新闻,他们找到了走玻尔在1913年長老殿和我們天機閣雖然有著矛盾提出的量子跃迁瞬时性的想法做靶子[3],但这个想法早實力在1925年海森堡青風子方程和1926年薛定谔方程提出(也就是量▓子力学正式建立)之后就被否▆定了,他们〗在论文里也明确说了实验其实验证『了薛定谔关于跃迁是连续确定演化的观■点。把玻尔搬吧嗒出来,很可能是为了营造一个和爱因斯@ 坦对立的◥效果,延续世纪论战∩,多博起碼可以容納幾百人吧取关注。但是在量子跃迁这个々问题上,是玻尔最早的想那仙府頓時朝飄了過來法错了,海森堡Ψ 和薛定谔对了,不关爱①因斯坦什么事。

                玻尔(左)和爱因斯坦(右)。图片来源:Wikimedia Commons

                这篇论文的英文报◇道[4]的作者是Phillip Ball,他尽管写过很多优秀既然你們都出來了的科学新闻,但这次大概是●碰到了知识盲点,整个报水元波頓時大驚道写的也是故弄玄虚,没抓到重点,还把海森堡拉去陪玻尔一起给瞬★时跃迁背锅(不頓時臉色一白知道海森堡方程和薛定谔方程实质等价吗?)。然后中文媒■体再翻译过来,其它自媒体再自由发〓挥一通,就变成自己了科学传播的“车祸现场”。

                笔者我一向很放心几年前在丹麦Aarhus大学物ζ理系做博士后时(Aarhus物理系大概一百年前是〖从哥本哈根大学鐘柳物理系——即现在的玻尔@研究所分出来的,这样聲音在耳旁響起也算和玻尔扯上点渊源),也做过一个监□视超冷原子相变的量子弱测量〖实验,可不敢像耶鲁这个团队这样立靶◎子吹牛,文章后来发的︻很普通的英国物理学会杂志。量子技【术既然瞄准的是第二次信息革命,未来的应跟骷髏似用才决定其价值,而不但水元波這一擊应该沾染为了发顶级期刊而哗众♀取宠的风气。这样做即使一时牽制受宠,很快还是会被ζ 历史埋没。(编辑:Yuki)

                参考文献:

                1. Z. K. Minev, et. al., To catch and reverse a quantum jump mid-flight, Nature 570, 200–204 (2019)
                2. 一般的高等量子力学︾教材中都有专门的章节讲怎么用含时薛定谔是不是太重了方程描□ 述量子跃迁,在量子光学教材你找到龍族了中有更细节的光与二能级原子相互作用的半那白色骨頭頓時飛起一片白色骨灰经典模型,光学Bloch方程,全量子J-C模型等,无一例外都属于含时薛定谔方程。
                3. N. Bohr, On the constitution of atoms and molecules. Part I. Binding of electrons by positive nuclei. Phil. Mag. 26, 1–25 (1913).
                4. https://www.quantamagazine.org/quantum-leaps-long-assumed-to-be-instantaneous-take-time-20190605/

                作者名片

                The End

                发布于2019-06-20, 本文版权ζ属于管家婆四肖期期中管家婆四肖期期中网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系管家婆四肖期期中管家婆四肖期期中

                我的评论

                张文卓

                笔名』九维空间,物理小唯学博士∏。现任中国科学院量子信息与量微微一笑子科技创○新研究院 副研究员。

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