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量子技术科普资料
量子技术科普资料
第一篇量子究竟是什么
1900年,普朗克首次提出量子概念,用来解决困惑物理界的“紫外灾难”问题。
普朗克假定,光辐射与物质相互作用时其能量不是连续的,而是一份一份的,一份“能量”就是所谓量子。
从此“量子论”就宣告诞生。
然而当时的物理界,包括普朗克本人,都讨厌“量子”这个怪物,千方百计想要将它消化在经典物理的世界之中,但却屡试不果。
唯有爱因斯坦独具慧眼,他认为光辐射不仅在于与物质相互作用时的能量是一份一份的,光辐射的能量,本身就是“量子化”的,一份能量就是光能量的最小单元,后来称之为“光量子”,或简称“光子”。
法国年轻的博士生德布罗意在爱因斯坦“光子”概念的启发下提出:
既然看似波动的光辐射,具有“粒子”特性,那么像电子这类看似“粒子”的物质,也应具有波动性。
这就是“德布罗意物质波”的概念,由此引发后继大量理论与实验研究,证实所有微观粒子都同时具有波动性和粒子性二象性。
这些奇异特性的微观粒子构成“量子世界”,遵从量子力学的运动定律。
随着科学技术的发展,人们认识到“量子世界”不仅限于微观和单个粒子,某些宏观尺度下的多粒子系统也遵从量子力学规律。
例如玻色—爱因斯坦凝聚(BEC),当原子聚合的温度足够低时,所有处于不同状态的原子,会突然聚集在同一个尽可能低的能量状态上,其行为就像一个“放大”的玻色子,遵从量子力学规律。
我们按物理运动规律的不同,将遵从经典运动规律(牛顿力学,电磁场理论)的那些物质所构成的世界称为“经典世界”,将遵从量子力学规律的那类物质所构成的世界称为“量子世界”。
“量子”就是量子世界中物质客体的总称,它既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子,也可以是BEC、超导体、“薛定谔猫”等宏观尺度下的量子系统,它们的共同特征就是必须遵从量子力学的规律。
举一个例子说明“量子”与“经典”的本质区别,经典世界的特点是物体的物理量、状态在某个时刻是完全确定的:
晶体管要么导通,要么关闭,完全确定。
即经典信息要么是0,要么是1,毫不含糊。
但量子世界中,客体的物理量则是不确定的、概率性的,而且这种不确定性与实验技术无关,是量子世界的本质特征,无法消除。
这个特征体现在量子力学中重要的量子态叠加原理上。
量子态记作|ψ⟩,是科学家引进量子力学中用来描述量子系统的状态,其运动规律是薛定谔方程。
量子态又称波函数或几率幅,它没有任何经典对应。
虽然人们并不喜欢量子世界的这种描述,因为它与我们所熟悉的经典世界截然不同,但一百多年来所有实验都证实了量子力学的所有预言,人们不得不承认这种描述是正确的。
著名物理学家费曼说,“量子力学的奥妙之处就是引入几率幅ψ”。
假定量子客体有两个确定的可能状态0或者1,通常写成|0⟩|0⟩、|1⟩,由于量子状态(写成|ψ⟩)是不确定的,它一般不会处于|0⟩或|1⟩的确定态上,只能处于这两种确定态按某种权重叠加起来的状态上,这就是量子世界独有的量子态叠加原理,用数学表示为|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩,其中α,β为复数,且满足|α|2+|β|2=1。
量子信息以|ψ⟩为信息单元,称为量子比特。
这从根本上区别于经典信息,后者以|0⟩或|1⟩为信息单元,俗称比特。
正是量子态|ψ⟩的种种奇异特性导致量子信息技术的性能可以突破经典的物理极限,为人类开拓新一代的信息技术。
事实上,量子力学的所有奇异特性正是源于这个几率幅。
当然,近百年来对量子力学争论不休也在于这个几率幅(量子态)。
目前,网络上就在流传什么“量子肥料”、“量子水”等忽悠人的词,将来还可能出现“量子炸弹”、“量子导弹”……这些忽悠大众的名词将本来应是光辉纯洁的学术领域炒作得乌烟瘴气,真假不分,鱼目混珠。
其实,人们只要搞懂“量子比特”的本质,就可以戳穿“假量子”的骗局。
简单的判据就是看它是否应用到“量子比特”,即|0⟩和|1⟩的叠加态。
例如,激光测距实验,从目标反射回来的光束,其强度随距离不断衰减,当探测器无法探测到光时,就是最长的测量距离。
当然,如果采用单光子探测器,则测量距离必然增长。
这里测到的是单个光子,是否可以称它为“量子测距”呢?
答案是否定的,因为它没用到光子的量子态,这只是将激光测距提高到极限灵敏度而已,仍属于经典范畴。
密立根当年在实验上测量单个电子的电荷,虽然采用单个电子,但这仍然属经典物理实验,因为在该实验中,“单电子”只是作为电荷最小单元,而未涉及到任何量子特性。
第二篇爱因斯坦幽灵与超光速通信
大家知道,爱因斯坦对量子力学的发展做出极其重要的贡献。
然而,爱因斯坦并不喜欢“量子世界的概率性”,他不相信上帝会以掷骰子的方式创造世界,尤其不能认同以玻尔为首的哥本哈根学派对量子力学的诠释。
因此,他多次与玻尔就量子力学基本问题发生激烈争论,不过每次他都以失败告终。
后来,爱因斯坦便改变争论的策略,即从量子力学原理出发,推演出一个十分荒谬的结果,以期来证明,量子力学用于描述世界是“不完备的”,这就是爱因斯坦等人1935年提出的著名的“EPR佯谬”。
设想有一个量子系统由两个自旋为1/2的粒子构成,每个粒子的自旋要么向上(↑),要么向下(↓),但两个粒子的总自旋为零,这意味他们总是处于自旋相反的状态。
现在将粒子A和B分别配置于相距遥远的两个地方,例如,A在地球上,B在月球上。
按照量子力学的预言,每个粒子的自旋方向是不确定的,在任何方向上测量会有一半概率向上,一半概率向下。
但如果地球上的粒子A被测量并发现其自旋向下,那么月球上的粒子B即便不测量也能确定其自旋必定向上,因为AB自旋总是相反的。
可见,地球上A未测量时,月球上B只有一半概率向上,而地球上A一旦被测量,并发现自旋向下,那月球上的B立刻以百分之百概率处于自旋向上的状态。
月球上B的状态似乎是瞬时被地球上A的测量所控制,这种控制行为以超光速方式发生。
这就是从量子力学原理推演出来的必然结果。
爱因斯坦由此断定,“超光速”行为是绝对不可能发生,他称之为“幽灵般的超距作用”。
量子力学造就出这个不可能存在的“幽灵”,由此可见“量子力学是不完备的”,不足以正确地描述真实的世界,为正确地描述世界,必须从量子力学体系之外引进新的参数(俗称为隐参数),来消除“量子世界的概率性”,这个“幽灵”也自然就消失掉!
这就是EPR佯谬的故事。
那么量子力学如何应对EPR佯谬?
如何解释这个神奇的幽灵呢?
首先,在EPR实验中,月球上B虽然测到自旋向上,但仅从这次测量的结果,无法推断出它是以50%还是100%的概率获得此结果的,换句话说,它根本不可能由此知道地球上A是否被测量这个信息,因此这里根本不存在“信息传送”。
即使“幽灵”超光速,也不违背狭义相对论“信息传送不能超光速”的原理。
上述EPR实验中,似乎地球上A的测量是“因”,而月球上B的后测量是其“果”,而“幽灵”担负着这个“因果”关联的角色。
但是,如果同时在地球上和月球上分别测量A和B,结果应如何呢?
量子力学预言,每次A和B的测量结果自旋总是相反的,而且多次重复这个实验,单独看每个粒子测量的结果系列则是完全随机的,A和B两个随机序列则是完全关联,自旋总是相反的,所以实验结果是完全关联的随机数序列,这时不再存在“因”“果”之别了,“幽灵”并不从某处传到另一处,而是扮演将两个随机序列关联起来的角色!
设想我们有100份EPR粒子对(AB),其中所有A粒子都在地球上,而所有B粒子都在月球,重复前面的实验,结果是地球上所测的100个A粒子自旋向上或向下是完全随机的序列,而是大约一半向上,一半向下。
同样的,月球上B粒子的测量结果也是向上,向下完全随机的序列,向上或向下的数量大约各占一半。
但是最令人惊奇的是,地球和月球上分别测到的这两个随即序列是完全关联的:
第i对EPR粒子中Ai与Bi自旋总是相反的。
每对EPR粒子都毫无例外是这个结果。
我们知道,量子世界遵从量子态叠加原理。
EPR中的量子系统,是由两个总自旋为零的粒子构成的,这个系统状态同样符合叠加原理。
总自旋为零的状态只有两种可能:
|↑⟩A|↓⟩B和|↓⟩A|↑⟩B,因此,AB系统的状态应当是|ψ⟩AB=α|↑⟩A|↓⟩B+β|↓⟩A+|↑⟩B|α|2+|β|2=1),这个特殊的状态称为“纠缠态”。
处于纠缠态的粒子,即使空间上分离遥远,仍然存在内在量子关联,对其中一个粒子的任何操作都会瞬时地改变另一个粒子的状态。
所谓“幽灵”,就是这种纠缠!
一旦两个粒子存在纠缠,它们的量子关联与粒子之间的距离无关,与空间环境无关,任何电磁屏蔽、引力屏蔽等都无法斩断这种内禀关联。
这种量子关联源于量子世界的一种基本属性,称为“非局域性”,这便是“幽灵”的因源!
因此,物理学界对EPR佯谬的解释就出现两种截然不同的观点:
爱因斯坦等人认为:
“幽灵”不存在,世界是局域的,量子力学不完备,必须以“隐参数理论”代之;玻尔等人认为:
量子世界是非局域的,“幽灵”理应存在,量子力学是完备的,无需引入“隐参数”。
世界究竟是“局域”还是“非局域”这是个哲学问题,难以断定孰是孰非!
多亏欧洲核子研究中心的理论物理专家贝尔(Bell)的贡献才打破了这个僵局。
贝尔本人实际上是爱因斯坦的铁杆粉丝,他认为爱因斯坦更聪明,“隐参数理论”应当是正确的。
1964年,他推导出一个有关EPR实验的不等式,即著名的“贝尔不等式”。
如果能验证这个不等式被违背,则“隐参数理论”就不成立。
1982年,法国学者阿斯派克特首次在实验上证实,贝尔不等式被违背。
其后人们采用各种物理系统和实验手段开展实验研究,最终无漏洞地证实,贝尔不等式被违背,量子力学是完备的,非局域性是量子世界的重要基本性质。
因此,关于EPR佯谬这场经历了60多年精彩绝伦的学术争论到了该谢幕的时刻了!
爱因斯坦如果在天有灵,看到他质疑量子力学完备性而提出的EPR佯谬,终被证明是“佯”而不“谬”,反而揭示出量子世界的非局域性这个最基本性质,不知会有何感想?
为便于理解量子世界的非局域性,我们举个不太恰当的例子:
在合肥的母亲,当她在深圳的女儿生下头胎婴儿的那一瞬间,她立刻升格为外婆,这就类似于EPR效应。
这件事并不需要时间就发生了,尽管母亲并不知道关于她女儿生下婴儿的任何信息。
原因在于母女之间的身份关联,女儿成为母亲的瞬间就必然导致自己的母亲变成外婆。
既然“量子世界”确实存在“超光速”的“幽灵”,那么人们自然会问,能否将这个“幽灵”引到我们的经典世界中来,开发出“超光速通信”?
许多科学家进行了不懈努力,最终的结论是,这是绝对不会成功的。
量子力学的基本原理业已证明,不可能利用纠缠态来实现超光速通信。
第三篇量子技术能将人“瞬间”转移到别的星球上吗?
经常听到有人议论,“‘量子技术’太神奇,可以实现时空穿越,将人‘瞬间’转移到别的星球上!
”果真如此吗?
这一问我们就稍微仔细得讨论这个问题。
这些说法主要依据所谓“量子隐形传态”这个经典物理无法做到的神奇过程。
量子隐形传态
量子隐形传态的英文是“QuantumTeleportation”。
先说一下,“Teleportation”的含义是“远距传物”,通常在科幻电影或神话小说中出现,人或物在某地突然消失,瞬间在远处重现。
现实中当然无法做到,但“量子纠缠”出现后,科学家提出“量子隐形传态”的方案,可以使量子信息或者称量子态在某处消失,随后在远处重现,有点像上述神话中的“远距传物”。
具体过程如下:
Alice有个粒子C,处于量子态|ψ⟩ c |ψ⟩c她希望将此量子信息|ψ⟩ c |ψ⟩c传送给远处的Bob,但信息载体C本身仍保留在Alice处。
设A、B是来自于纠缠源的两个例子,分别传送给Alice和Bob,由于A和B处于纠缠态,因此Alice和Bob就有了一个量子关联的通道,只要一方被测量,另一方的量子态会瞬时发生相应的变化,此时,Alice处拥有两个彼此独立的粒子A和C,她对A、C进行一种所谓的Bell态测量,这种测量可能有四种结果(即四个不同的Bell态),各自概率为1/4。
Alice做一次测量,获得其中一个结果(即某个Bell态),随后,它将测量结果经由一个经典通道传送给Bob,Bob获取此经典信息后,对粒子B实施相应的操作,结果粒子B便处于量子态|ψ⟩ c |ψ⟩c上,亦即量子态从C传给了B,这就是所谓的“量子隐形传态”。
这个过程中,Alice和Bob可以完全不知|ψ⟩ c |ψ⟩c是什么态,C和B也可以不是同一类的量子客体。
Alice对A、C实施Bell态测量后,ABC整个量子系统究竟发生了什么改变?
1.C的量子态改变了,亦即原来量子态|ψ⟩ c |ψ⟩c消失了,C处于别的量子态;
2.A、B不再处于纠缠态,AB之间量子关联中断了;
3.B处于四种可能的量子态之一,究竟是哪个量子态取决于A、C的Bell态测量的具体结果;
4.A与C处于四种可能的纠缠态,各自概率为1/4。
量子隐形传态
在“量子隐形传态”过程中,量子态|ψ⟩ c |ψ⟩c究竟是怎么被传送到B上呢?
我们无法按通常的传送信息方式来想象这个过程,正因为如此,故采用“隐形”来描述这种状况。
一般理解说,|ψ⟩ c |ψ⟩c的信息被分成两部分,一部分经由AB的纠缠量子通道传到B,另一部分是测量所得的经典信息经由经典通道传送给B。
Bob实质上是将两部分纠结起来,使量子态|ψ⟩ c |ψ⟩c精确地赋予B粒子。
单独从量子通道或经典通道获得信息都无法实现量子隐形传态,因此在这个过程中,两个通道是必不可少的。
既然必须采用经典通道传输信息,这个过程的实现决不可能超光速。
所以,量子隐形传态决不可能是“瞬时”的,不会发生超光速现象。
另一点特别要强调的是,A、B、C都应当是量子客体,它们可以不属同一类,可以分别是光子、原子、电子等,但都遵从量子力学规律。
结论是,量子隐形传态是量子客体之间的一种“非瞬时的”量子信息传送的过程。
这个结论否定了经典客体之间实现这种隐形传送信息的可能性。
经典信息的传送必须有物理载体的携带才能实现,这种物理载体可以是声波、电磁波(包括光波)、引力波等。
当然,如果C不是单个粒子,而是由许多粒子构成的复杂量子客体,而量子态可以表达为|ψ⟩ c |ψ⟩c,我们同样可以经由量子隐形传态将|ψ⟩ c |ψ⟩c传送给B。
如果C不是量子客体而是无法用量子态描述的经典客体,而A、B是量子客体,那么C所携带的经典里的经典信息仍然无法用此方式传送到Bob处而保持C仍留在原处。
此外,量子隐形传态仅仅传送量子客体C所携带的量子信息(即量子态),量子客体C并未消失,因此不能说,如果B与C是同类物质就可实现量子客体从某处传送到另处。
自然客体具有“物质、能量、信息”三要素,只有这三个要素都消失才可以说该客体被消失了。
至此,我们就可很容易地回答本文的命题了,答案是量子技术不可能将人“瞬间”地转移到别的星球!
即使是非瞬时地采用此过程也不能将僵尸、棉衣之类的传送到别的星球!
“量子隐形传态”是量子纠缠的一种奇妙应用,并被实验所验证。
这个过程已成为量子通信等的重要物理基础,已开辟出具有潜在应用价值的新技术。
量子纠缠
量子纠缠是量子技术的重要资源,是量子计算机、量子模拟等重大应用的物理基础。
那么,如何产生量子纠缠呢?
现在科学家已经掌握许多制备量子纠缠的方法和途径。
最常用的是将一束激光照射到非线性晶体上便能产生纠缠光子对。
当然,这种纠缠光子源属概率性的。
这种参量下转换产生的许许多多光子对中才会有一对光子是纠缠的,人们甚至无法预先知道哪一对是纠缠光子,只能采用能确定纠缠的探测装置来加以识别,但一旦确认该光子对是纠缠的,纠缠也会因此测量而消失。
这种后测量制备的纠缠应用是有限的。
理想的应当是确定性纠缠源,即每次仅产生一对光子,而且他们必定处于纠缠态。
例如,具有合适能级结构的单个量子点,将其激发到某个特定上等级,它会跃迁到某个中间能级,伴随着发射出一个光子,随后又从中间能级跃迁到下能级,发射出另一个光子,而且两个光子处于纠缠态。
量子纠缠
两个独立的粒子不纠缠,通过某种非线性相互作用,两个粒子可以处在纠缠态上,这种非线性作用的途径有许多:
两个纠缠光子分别入射到两个独立量子客体(例如,冷原子系综、固态量子存储器等),可以使这两个量子客体变成量子纠缠;
在上述量子隐形传态中,Alice对相互独立的粒子A和C实施Bell态测量,便使A和C成为纠缠态;量子处理器中的量子受控非门可以使输入的两个量子比特在输出端成为纠缠态,等等。
量子纠缠尽管奇妙无比,用途广泛,但它却有天然的致命伤——量子纠缠十分脆弱,环境会不可避免地破坏其量子特性而使“纠缠”消失掉,即两个纠缠的量子客体最终会演化为不纠缠的状态,非局域关联完全断开。
所谓环境不仅包括经典噪声,诸如热运动、吸收、散射等,还包括量子噪声,即真空起伏,即使我们有办法将经典噪声完全隔绝,量子噪声仍无法消除,而且无处不在。
这种环境引起的量子性消失,被称为“消相干”(或“退相干”)。
“消相干”是“量子相干性”的天敌!
量子器件是一种人造的量子系统,“消相干”是实际量子器件应用的主要障碍,必须采取措施加以克服。
例如通用量子计算机必须采用量子纠错和容错来克服消相干的影响,远程量子通信必须采用量子中继来建立远距离的纠缠通道等等。
第四篇“薛定谔猫”为什么会自然死亡?
凡是学习《量子力学》的学生,都必须学会求解薛定谔方程,人类一百多年来也一直在求解各种各样的薛定谔方程,并开发出激光、半导体、核能等新技术,造福人类近一个世纪。
薛定谔正是因为在创建量子力学时所作的巨大贡献荣获了诺贝尔物理学奖。
但薛定谔本人后来如同爱因斯坦一样,对量子力学有诸多质疑,1935年他发表了著名的薛定谔猫佯谬,质问客观世界是否存在可以区分的量子态的叠加。
如图所示,小盒子装有放射性源,设其半衰期为一个小时,即一小时后有一半概率放射出一个粒子,根据量子力学叠加原理,一小时后空间将处于有一个粒子(记为|1⟩ |1⟩),和没粒子(记为|0⟩ |0⟩)的叠加态|ψ⟩=12 √ (|0⟩+|1⟩) |ψ⟩=12(|0⟩+|1⟩))。
如果有粒子,盒子的机关会被打开,于是铁锤就会掉落下去,打破装有毒气的瓶子,此时毒气会将密封于笼子里的猫毒死,当然如果小盒子未放出粒子,那么这只猫仍然活着。
那么,一个小时后,这只猫究竟是活的还是死的?
按照量子态叠加原理推演下来,猫也应当处在一半概率是活,一半概率是死的叠加态上,这只半死半活的猫就是历史上著名的“薛定谔猫”。
尽管它已有八十多岁,迄今依然是人们津津乐道的话题。
薛定谔提出这个佯谬本意是想问,宏观世界是否存在与微观世界一样可区分态的叠加态?
现实世界上为何看到的要么死,要么活的猫,从未看到这只半死半活的猫?
可见这里的关键词是“死”和“活”这两种可区分状态,“猫”只是用于形象地表征这个物理命题而已,采用猫呀狗呀都一样。
兴许猫恰好是薛定谔本人的宠物,他便拿它来说事,或许薛定谔讨厌猫,故意使它处在半死半活的难堪状态上处罚它,但无论怎样,他不经意地就让这只猫扬名天下!
所以不要太在意“猫”,只关注“死”“活”。
谈到宏观可区分的量子态,人们自然会想到《量子光学》中的相干态|α⟩ |α⟩,相干态是最接近于经典的量子态,理想的激光就是相干态,而且当其平均光子数很大时,相干态的量子效应便可忽略不计,可被视为经典电磁波。
因此在寻找“薛定谔猫”制备的方案,人们多数采用相位差为π π的两个相干态的叠加作为“猫态”的候选者。
这类方案已被实验所验证,最先是在原子尺度上制备这类“猫态”,其后又在宏观尺度上也制备成功。
因此“薛定谔猫”确实如量子力学所预言的那样,在宏观世界里是存在的。
“薛定谔猫”可以生存,但是在现实世界中我们却观察不到这种叠加态,只能观察到确定的状态——“猫”要么死,要么活,仅有一种状态。
这就是所谓的宏观实在性,即自然客体的宏观可区分状态总是确定的。
玻尔
以玻尔为首的哥本哈根学派反对此说法,作了如下传统的诠释:
我们只能通过测量才能确知“猫”处在什么状态,而测量会破坏被测的量子态,其结果是“活猫”和“死猫”的叠加态会塌缩到活猫或死猫两者之一的确定态。
换句话讲,现实自然界的宏观实在性是人类对量子客体测量引起的所谓“波包塌缩”所造成的。
玻尔认为,只有测量之后看到的才是真实存在的,测量之前的量子世界是虚拟的,不真实的。
正是测量决定了薛定谔猫是死还是活的命运。
“测量”究竟发生了什么?
迄今人们还还远未搞清楚!
如果自然界的宏观实在客体果真如玻尔所言是人类实施测量所造成的后果,那就意味着“人类”诞生在自然界之先,这怎么可能呢?
人类只不过是自然界演化中在特殊时间和特殊空间中的特定产物而已,玻尔的诠释显然本末倒置。
此外,任何客观实在客体都是由分子,原子,电子,基本粒子等微观粒子构成的,那么虚拟、不真实的微观世界怎么构造出真实的宏观世界呢?
哥本哈根学派也无法自圆其说!
宏观世界存在的“薛定谔猫”是人们在实验室里采用特殊方法制备出来的,这种人造的“薛定谔猫”寿命不长,环境的消相干效应会最终使它因量子相干性消失而自动衰变为经典的猫,即要么死要么活的确定状态。
“消相干”会杀死薛定谔猫,这是否表明,宏观实在性就是环境的消相干造成的?
不完全对!
所有人为制备的量子系统都会饱受环境的消相干效应的破坏,如不采取有效的措施抵制这种消相干的影响,这些量子系统最后都会演化成经典系统。
那么自然界是否存在有环境消相干效应无法摧毁的量子系统呢?
确实有。
我们知道,任何宏观客体都是由分子、原子、电子等微观粒子构成的,这些遵从量子力学规律的微观粒子是真实的,绝不是如哥本哈根学派所说的那样是虚拟的。
宏观客体中的这些微观粒子组份是量子系统,它们在环境中依然保持着量子特性,并不会因消相干被破坏掉,原因何在?
其根源在于这些微观量子系统中存在着很强的内在相互作用,粒子之间的强耦合远远大于环境的消相干作用(即退耦合作用),因此微观量子系统的量子性能够牢固地保持住。
人造的量子系统会死亡,而自然生成的量子系统却能永存。
这就是自然界本来的状况。
宏观客体遵从经典理论,具有宏观实在性,其结构单元却是量子客体,遵从量子理论,两者和谐地融合为自然客体。
人们迄今已成功建立经典理论和量子理论,能分别正确地描述经典世界和量子世界,但还无法完整地描述自然世界(量子力学与相对论并不融合),原因在于我们还没有研究清楚量子世界与经典世界之间的界限、究竟是什么物理机制使得量子世界能自动地演化为经典世界。
AnupamGarg教授
如何判断一个物理客体是经典的还是量子的?
2003年诺贝尔物理奖获得者AnthonyLeggett教授和合作者AnupamGarg教授为此提出所谓“Leggett–Garg不等式”(下称LG不等式),凡是满足此不等式的物理客体属于经典世界,具有处于确定状态的宏观实在性;若违背LG不等式,则属于量子世界,遵从量子态叠加原理。
为研究这个问题,我们可以借用“薛定谔猫”来帮忙。
首先采用量子光学相干态人为地制造出一只“薛定谔猫”,并采取措施保护这只“猫”不被环境消相干杀死,当然,我们在实验上可以运用LG不等式来识别这只“猫”确实是“量子”的(即实验结果若违背LG不等式,就证实它是量子叠
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