薛定谔的猫与量子计算机,物理学家拯救了薛定谔的猫，新研究推进量子计算机技术...
管理量子数据和纠正错误是科学家在开发完全实用的量子计算机过程中面临的最大挑战。耶鲁大学的研究人员进行的一项新研究可能提供了克服这种困境的方法，同时也拯救了薛定谔那只著名的猫。
来源:RMS
1935年，为了嘲笑哥本哈根对量子力学的解释，欧文·薛定谔(Erwin Schrodinger)提出了一个思维实验:把一只猫、一个放射性样本、一个盖革计数器和一瓶毒药放在一个密封的盒子里。
如果盖革计数器检测到放射性物质已经衰变，就会触发瓶子里的毒药被打碎，导致猫死亡。实际上，猫的生命取决于量子力学决定的放射性衰变原子的状态。
量子力学的“哥本哈根解释”表明，一个粒子在被观测到之前，同时存在于所有状态中——物理学家称之为“叠加”。相反，放射性物质可以在密封环境中同时衰变而不衰变。由此可见，薛定谔的猫在打开盒子之前是死是活。当然，每个人都认为这是荒谬的，但这正是薛定谔想要传达的荒谬。然而，我们现在从实验中知道，叠加在量子力学中是真实存在的，不管它听起来有多奇怪。
因此，放射性原子和凯蒂猫紧密地“纠缠”在一起。但是，一旦观察者打开盒子，猫的“叠加”——即猫在两种状态下的“叠加”——就会变成“猫活着”或“猫死了”的知识，而不是两者都是。原子量子态的这种突变被认为是随机的，被称为“量子跃迁”。量子跃迁的概念最早由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)提出，但直到20世纪80年代才首次在原子中观测到。
耶鲁大学应用物理学和物理学教授、耶鲁量子研究所(Yale Quantum Institute)成员米歇尔•德沃特(Michel Devoret)表示:“每次我们测量一个量子位元时，都会出现这种跳跃。”“众所周知，从长期来看，量子跳跃是不可预测的。”
这种叠加坍缩的性质对于量子技术的实际应用是非常恼人和麻烦的。Devoret和他的同事们想看看是否有可能得到一个即将发生跳跃的预警信号。
在他们的实验中，研究人员间接地监测了一个超导原子或量子位元(量子计算机的基本信息单位)，这个原子或量子位元是由三个微波源在一个由铝构成的三维腔内爆炸产生的。一些微波辐射在能量状态之间转换量子位元，而另一束辐射则测量空腔。在量子比特的基态下，微波光束照射会释放光子。因此，光子的突然缺乏意味着量子位元即将使量子跃迁到激发态。
Devoret说:“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。”
第一作者Zlatko Minev在一份声明中补充道:“你不仅可以利用这一点来抓住跳跃，还可以逆转它。”
实验结果与玻尔的观点相矛盾，玻尔认为量子跳跃既不是突然的，也不像之前认为的那样随机。相反，量子跃迁总是以相同的、可预测的方式从其随机起点发生。这种确定性意味着它也可以被另一个微波辐射脉冲逆转，将量子比特送回基态。换句话说，拯救薛定谔的猫。
“原子的量子跃迁在某种程度上类似于火山爆发，”Minev说。“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，我们可以确定地发现即将来临的灾难的预警，并在灾难发生之前采取行动。
这项发表在《自然》(Nature)杂志上的新研究，将被证明对量子计算机的开发非常有用，因为量子计算机的量子位元一直在跳跃，导致计算错误。传统计算机使用1和0进行二进制计算，而量子计算机则利用原子尺度上粒子量子态的奇特特性。就像薛定谔的猫一样，量子位元的值并不一定是1或0，而是同时等于1或0。量子计算机理论上比传统计算机快几千倍
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