薛定谔的猫有救了？实现预测薛定谔猫的跳跃，并最终拯救它！

来源：天文物理

耶鲁大学研究人员通过预测薛定谔猫的跳跃并及时采取行动将它从众所周知的厄运中拯救出来，从而找到了如何抓住并拯救这只猫的方法。薛定谔的猫是量子叠加和不可预测性的象征。在这个过程中，推翻了量子物理学多年来的基石教条。这一发现使研究人员能够为包含量子信息的人工原子即将发生的跳跃建立一个早期预警系统，一项宣布这一发现的研究发表在2019年6月3日的《自然》上。

薛定谔的猫是一个著名悖论，用来说明量子物理学中叠加的概念（两种对立状态同时存在的能力）以及不可预测性。这个想法是把一只猫放在一个密封的盒子里，盒子里有一个放射源，如果放射性物质的一个原子衰变，就会触发毒药。量子物理学的叠加理论认为，在有人打开盒子之前，猫既是活的也是死的，是状态的叠加。

打开盒子观察猫会使它突然随机改变量子态，迫使它要么死，要么活。量子跃迁是观察到状态的离散(非连续)和随机变化。这项由耶鲁大学教授米歇尔·德沃里特(Michel Devoret)在实验室里进行的实验。

由第一作者兹拉特科·米内夫(Zlatko Minev)提出，首次深入研究了量子跃迁的实际研究。结果揭示了一个惊人的发现，与丹麦物理学家尼尔斯·玻尔的既定观点相矛盾——跳跃既不像之前认为的那样突然，也不像之前认为的那样随机。对于一个微小的物体，如电子、分子或含有量子信息的人造原子(称为量子位)，量子跃迁是指从一种离散的能态突然过渡到另一种能态。

（博科园-图示）耶鲁大学科学家发现了一种方法来捕捉和拯救薛定谔的猫，它是量子叠加和不可预测性的象征。图片：Kat Stockton

在开发量子计算机时，研究人员至关重要的是必须处理量子位元的跳跃，这是计算错误的表现。神秘量子跃迁是波尔在一个世纪前提出的理论，但直到20世纪80年代才在原子中观测到。耶鲁大学应用物理学和物理学f.w.b inecke教授、耶鲁量子研究所(Yale Quantum Institute)成员德沃里特(Devoret)说：每次我们测量一个量子位元时，这些跳跃就会发生，众所周知，从长期来看，量子跳跃是不可预测的。

尽管如此，科学家想知道是否有可能得到一个提前警告信号，表明跳跃即将发生。这个实验的灵感来自奥克兰大学Howard Carmichael教授的理论预测，他是量子轨迹理论的先驱，也是这项研究的合著者。除了它的基本影响，这一发现在理解和控制量子信息方面是一个潜在的重大进展。研究人员表示，在开发完全有用的量子计算机过程中，可靠地管理量子数据和纠正错误是一个关键挑战。耶鲁大学研究小组使用了一种特殊的方法来间接监测超导人工原子，用三个微波发生器照射包裹在铝制成的三维腔体中的原子。

Minev开发的超导电路双间接监测方法使研究人员能够以前所未有的效率观察原子。当人造原子同时被观测时，微波辐射会搅动它，导致量子跃迁。这些跳跃的微小量子信号可以被放大而不损失到室温。在这里，信号可以被实时监控。这使得研究人员能够看到探测光子的突然缺失(光子是由受微波激发的原子状态发出的)，这种微小的缺失是量子跃迁的预警。尽管观察到跳跃，但这个实验显示出的美丽效果是跳跃过程中连贯性的增强，你不仅可以利用这个来抓住跳跃，还可以逆转它。

这是一个关键点，从长远来看，量子跳跃表现为离散和随机的，反转量子跳跃意味着量子态的演化在一定程度上具有确定性而非随机性；跳转总是以相同、可预测的方式从其随机起点发生。原子的量子跃迁在某种程度上类似于火山爆发，从长期来看，它们是完全不可预测的。尽管如此，通过正确的监测，可以确定地发现即将来临的灾难预警，并在灾难发生之前采取行动。

博科园｜研究/来自：耶鲁大学

参考期刊《自然》