《自然》最新论文:量子跃迁或可预测

作者: 汪诘

来源: Science Daily

发布日期: 2019-06-21

2019年6月3日,《自然》杂志发表论文探讨量子跃迁的可预测性,耶鲁大学研究团队提出可能的预警信号,这可能对量子力学理论和量子计算机的开发产生重大影响。

2019年6月3日,Nature,也就是著名的《自然》杂志上发了一篇论文,标题是《在飞行中捕捉和阻止量子跃迁》,文章作者是耶鲁大学的一个研究小组。这篇论文发出后的同一天,Science Daily(可以翻译为“科学日报”或者“每日科学新闻”网站)发了一篇新闻,标题就起的有点劲爆了,他们起的标题是《物理学家可以预测量子跃迁,并最终拯救薛定谔的猫》。

最劲爆的是文章导言中的最后一句话,作者写道:在这个过程中,他们推翻了量子力学多年的基石和教条。一般来说,比较严谨的科学新闻报道是不会出现“推翻”这个词的,尤其是像相对论或者量子力学这种已经经历了一个世纪的风雨洗礼的理论。推翻某个被公认的物理理论一般都是民科做的事情,而且,从历史上来看,凡是真的推翻了某条物理法则的科学家都获得了诺奖。

最典型的就是杨振宁和李政道先生,他们发现在弱相互作用中宇称不守恒,推翻了当时物理学界公认的一个法则,第二年就获得了诺奖。

按理说,我们科普人看到这样用词比较劲爆的科学新闻,应该让子弹飞一会儿,等到有更多的专业人士出来评论后再转述专家的点评。不过,我这次想破个例,为大家把这条科学新闻转述一下。

理由有这么几个:1. 这条新闻出自 Science Daily,这个网站口碑不错,在 Alexa 的科学新闻这个类目中,全球排名第二。2. 新闻中提到的上了《自然》的论文确实存在,而且我核对了新闻内容和论文摘要,没看出什么问题。3. 这种研究成果有点像是当年韩春雨的那个研究成果,要么最后被同行证伪,要么就很有可能是诺奖级别的研究成果。万一将来真的厉害了,那我今天这期节目以后就可以拿来吹牛了。

即便将来被证伪了,我也是客观转述,没有吹捧,也没有刻意震惊大家。4. 最差的情况,我也是给大家介绍了一篇《自然》杂志上的最新论文,而且还能强行跟薛定谔的猫,这个科普人最爱谈的话题扯上关系。

薛定谔的猫是一个大家都很熟悉的量子力学中的悖论。请大家注意,这个悖论之所以能成立,有一个非常关键的要点,就是原子的衰变具有不可预测性。

在没有打开盒子之前,谁也无法准确知道原子有没有衰变,所以薛定谔才会说:难道猫是处于生死叠加态吗?我相信大家对这个故事已经很熟悉了。但是,耶鲁大学的一个研究团队的实验结果却表明,量子跃迁并不是完全不可预测的,以玻尔为首的对量子力学的哥本哈根诠释很可能是错误的。所谓的量子跃迁就是指量子从某个能量状态到另一个能量状态的瞬时性的、突然性的变化。

在开发量子计算机时,研究人员必须设法应对量子比特的跳跃,这种跳跃会导致计算误差。一个世纪以前,玻尔首先提出了量子跃迁的概念,但直到20世纪80年代才在实验室中被观察到。耶鲁大学应用物理和物理学教授,量子研究所成员得瓦利特(Devoret)说“每次我们测量量子位时都会出现这些跃迁。众所周知,从长远来看,量子跃迁是不可预测的。

”米涅夫补充说“尽管如此,我们想知道是否有可能获得一个预警信号,也就是说,当这个信号出现时,意味着量子即将发生跃迁。”假如能找到这个信号,那么除了对理论物理学的贡献,还可以使得科学家们在量子控制方面产生重大的进步。因为稳定地管理量子数据并在发生错误时纠正错误,是开发完全实用的量子计算机所面临的关键挑战。

耶鲁大学的这个实验具体是怎么做的呢?

大致说来是这样,他们使用一种特殊方法间接监测超导人造原子,也就是用三台微波发生器照射着封闭在铝制三维腔体内的原子,这种为超导电路开发的双重间接监测方法可以使研究人员能够以前所未有的效率观察原子。他们发现,每当量子跃迁发生前,都会发生一种微小的光子消失现象,这可以被当做是一种预警信号。论文的第一作者米涅夫说:“利用这个现象,不仅可以预测跃迁,甚至还可以逆转跃迁。”研究人员表示,这是至关重要的一点。

虽然从长期来看,量子跃迁看起来是离散的和随机的,但阻止量子跃迁意味着量子态的演化一定程度上具有了确定性,而非完全随机;跃迁总是以相同的,可预测的方式从其随机起始点发生。米涅夫说:“原子的量子跃迁有点类似于火山的喷发。从长远来看,它们是完全不可预测的。尽管如此,通过正确的监测,我们可以准确获得即将发生的灾难的预警,并在灾害发生之前对其采取行动。

”好,新闻内容说完了,希望一年后有人把我这期节目翻出来说明我的节目价值,当然,如果一年后什么也没发生,也正常。

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