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兩只“量子柴郡貓”如何交換笑臉

發(fā)布:cyqdesign 2020-07-15 10:25 閱讀:1735
看過童話《愛麗絲夢(mèng)游仙境》的人都會(huì)記住那只咧著嘴笑的貓——“柴郡貓”,它(本體)可以憑空消失,但笑臉(屬性)還掛在半空中。 ve ~05mg  
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經(jīng)典世界中的物體擁有各種各樣的屬性,如質(zhì)量、體積等等。一般認(rèn)為,物體本體與其擁有的屬性是不可分離的,然而在量子世界中情況卻有所不同。2013年的理論研究表明,微觀粒子的物理屬性(如電子的電荷和自旋、光子的偏振等)可以和其本體分離,這種現(xiàn)象被沃爾夫獎(jiǎng)獲得者亞基爾·阿哈羅諾夫(Yakir Aharonov)等人稱為“量子柴郡貓”。 1Z[/KJ  
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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)一項(xiàng)最新研究成果表明,在量子世界中物質(zhì)與其物理屬性存在更為靈活多變的關(guān)系。“量子柴郡貓”所具有的屬性不僅可以從其本體剝離,甚至可以被另一只“柴郡貓”捕獲。也就是說,兩只“柴郡貓”可以交換笑臉。 7'wS\/e4a  
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日前,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。光明日?qǐng)?bào)7月14日刊發(fā)報(bào)道《我學(xué)者揭示“量子柴郡貓”獨(dú)特量子特性》引發(fā)社會(huì)關(guān)注,圍繞大家關(guān)心的問題,記者再次采訪了該科研團(tuán)隊(duì)。 <<D$+@wxm  
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新穎的測(cè)量手段 p^(&qk?ut  
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為了能夠揭示“量子柴郡貓”笑臉的交換,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)采用了被稱為量子弱測(cè)量的技術(shù)。 ?[*0+h`en  
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“之所以被稱為弱測(cè)量,是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)中的強(qiáng)測(cè)量而言的。”團(tuán)隊(duì)成員許小冶介紹說,眾所周知,對(duì)描述微觀量子系統(tǒng)波函數(shù)實(shí)施強(qiáng)測(cè)量,會(huì)將系統(tǒng)波函數(shù)隨機(jī)坍縮到測(cè)量算符的某一個(gè)本征態(tài),這個(gè)過程將不可避免地破壞量子系統(tǒng)的狀態(tài)。例如使用檢偏器對(duì)光子的偏振狀態(tài)進(jìn)行鑒定,盡管最終能夠確定光子的偏振方向,但同時(shí)也會(huì)完全破壞初始狀態(tài),除非光子一開始就是處在檢偏器的本征指向上。之所以將這個(gè)過程稱為強(qiáng)測(cè)量,是因?yàn)闇y(cè)量過程中需要完成待測(cè)量子系統(tǒng)和測(cè)量探針之間的耦合,并且這個(gè)耦合是如此之強(qiáng),能夠?qū)⑾到y(tǒng)和探針完全糾纏起來。 U yw-2]!n  
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而量子弱測(cè)量則考慮另外一種情況,那就是系統(tǒng)和探針之間的相互作用非常微弱,以至于不會(huì)破壞系統(tǒng)的量子狀態(tài),系統(tǒng)在發(fā)生耦合之后還可以繼續(xù)演化,同時(shí)微弱的測(cè)量耦合也不會(huì)提供關(guān)于系統(tǒng)狀態(tài)的有用信息!斑@個(gè)概念在量子力學(xué)中是一個(gè)比較古老的話題,直到亞基爾·阿哈羅諾夫等三名科學(xué)家于1988年提出弱值的概念后,開始受到廣泛關(guān)注!痹S小冶說,和量子強(qiáng)測(cè)量中定義可觀測(cè)量的期望值一樣,可觀測(cè)量的弱值被定義在前選擇態(tài)和后選擇態(tài)上,由兩者共同決定。三位科學(xué)家在最初的文章中指出,弱值不再是可觀測(cè)量的本征值,可以遠(yuǎn)超過本征值的范圍,甚至可以取復(fù)數(shù)值。 5TBp'7 /s~  
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