廣告早期學(xué)炒股資料-2023正版股票軟件-免費下載
×
日前，知名的“薛定諤的貓”是量子疊加性和不可預(yù)測性的象征，而哈佛學(xué)院的研究人員找到了一種才能“捕獲”和“拯救”這只“貓”的方式，通過預(yù)測其跳躍動作采取實時行動，進而將其從噩運中挽救下來。在研究過程中，她們推翻了量子化學(xué)學(xué)界多年來的基柱性教條。
這項發(fā)覺讓研究人員才能構(gòu)建一套提早預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)測富含量子信息的人造原子將要發(fā)生的“跳躍”動作。宣布此項發(fā)覺的報告發(fā)表在6月3日的在線版《自然》期刊上。
“薛定諤的貓”是一個知名悖論，闡述了量子化學(xué)中“疊加”的概念（即相反的兩種狀態(tài)可以同時存在）和不可預(yù)測性。這個悖論是這樣的：一只貓被置于一個密封的袋子中，袋子里有一個放射源，還有一種毒藥。若放射性物質(zhì)有一個原子發(fā)生衰變，還會釋放毒藥。量子化學(xué)的疊加理論認為，在有人打開這個袋子之前，其中的貓既是活的，又是死的，即處于兩種狀態(tài)的疊加態(tài)。一旦打開袋子、觀察到了貓的死活，其量子態(tài)都會立刻改變，弄成“死”或“活”中的一種。
量子躍遷是指量子物理學(xué)家有哪些，量子態(tài)被人觀察到時發(fā)生的離散（非連續(xù)）、隨機的變化。
這次實驗在哈佛學(xué)院院長米歇爾·德沃雷特（）的實驗室中舉辦，由主要作者茲拉特科·米奈弗（Minev）提出，首次對量子躍遷的真正運作機制進行了考察。而結(jié)果令人大吃一驚，與德國化學(xué)學(xué)家玻爾的知名理論背道而馳。該研究結(jié)果顯示，與之前覺得的不同，量子躍遷的發(fā)生既不猛然、又不隨機。
對電子、分子、或富含量子信息的人造原子（又稱量子比特）等小物體來說，量子躍遷是指從一個離散的能態(tài)忽然轉(zhuǎn)移到另一個能態(tài)。在研制量子計算機時，研究人員必須解決量子比特的躍遷問題，由于量子躍遷代表著估算錯誤。
晦澀難解的量子躍遷理論最早由玻爾于一個世紀前提出，但仍然到上世紀80年代才在原子中被觀察到。
“我們每次對一個量子比特進行檢測，就會發(fā)生此類躍遷。”德沃雷特表示，他是哈佛學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)院士和哈佛量子研究所成員，“量子躍遷從常年來看，是難以進行預(yù)測的。”
“盡管這么，”米奈弗補充道，“我們還是試試看，是否有可能對將要發(fā)生的躍遷發(fā)出預(yù)警訊號。”
米奈弗強調(diào)，這次實驗是受了新西蘭學(xué)院院長、量子軌跡理論的先驅(qū)霍華德·卡邁克爾（）所做的一項理論預(yù)測的啟發(fā)。
不僅其形成的巨大影響之外，這次發(fā)覺還可能代表著，我們對量子信息的理解和控制取得了重大進展。研究人員表示，可靠地管理量子數(shù)據(jù)和實時糾錯是研制量子計算機過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
這次哈佛團隊借助了一種特殊方式，對一個超導(dǎo)人造原子展開間接檢測量子物理學(xué)家有哪些，借助三臺微波發(fā)射器，對密封在一個用鋁質(zhì)成的3D空腔中的原子進行幅射。這些雙重間接檢測方式由米奈弗提出，讓研究人員才能以未曾有過的高效率觀察原子。
微波幅射才能在人造原子被觀察到的同時、對其進行迸發(fā)，導(dǎo)致量子躍遷。而這種躍遷發(fā)射的微弱量子訊號才能被放大，不會因溫度導(dǎo)致?lián)p失。在這次實驗中，這種訊號可以得到實時檢測，讓研究人員才能及時發(fā)覺測量光子（即由受微波迸發(fā)的原子的振蕩態(tài)釋放出的光子）的忽然消失。檢對焦子的消失便是將要發(fā)生量子躍遷的預(yù)警訊號。
“此次實驗顯示，雖然遭到了觀察，但量子躍遷的一致性有所降低。”德沃雷特強調(diào)。米奈弗也補充道：“利用這一點，我們除了能及時捕捉到量子躍遷，就能逆轉(zhuǎn)它。”
研究人員表示，這一點十分關(guān)鍵。似乎從常年來看，量子躍遷的發(fā)生變得離散而隨機，但逆轉(zhuǎn)量子躍遷意味著，量子態(tài)的演化從部份程度上來說是一種確定性的、并不隨機的特點。量子躍遷的起點其實隨機，但總是以同一種可以預(yù)測的方法發(fā)生。
“一個原子的量子躍遷有點類似火山爆發(fā)。”米奈弗強調(diào)，“從常年來看完全沒法預(yù)測，但只要檢測方式得當，我們肯定能偵測到災(zāi)難正式發(fā)生的訊號，并及時采取行動。”
這次研究的其他共同作者還有哈佛學(xué)院的羅伯特·舍爾考夫（）、尚塔努·蒙德哈達（）、希亞姆·山卡爾（Shyam）和菲利普·萊因霍德（），新西蘭學(xué)院的里卡多·古鐵雷斯·豪瑞吉（Gutiérrez-Já），以及美國計算機科學(xué)與手動化研究所的瑪茲亞爾·米拉西密（）。這次研究由英國海軍研究辦公室支持，是哈佛學(xué)院量子研究取得的最新進展。哈佛學(xué)院的科學(xué)家們正在研制量子計算機的第一線拼搏，早已在借助超導(dǎo)電路的量子計算機領(lǐng)域作出了一些開創(chuàng)性的工作。