科学家对量子柴郡猫效应的新研究认为粒子无法与其特性分离

技术研究 量科网 2024-01-11 09:08

量子柴郡猫效应名字来源于《爱丽丝梦游仙境》故事中虚构的柴郡猫。小说中,那只猫消失后,会留下它的笑容。在2013年的一篇论文中,研究人员声称量子粒子能够与其特性分离,且这些特性会沿着粒子无法经过的路径传播,他们将其命名为量子柴郡猫效应。后来,有研究人员声称要进一步扩展它,如在粒子间交换脱离实体的属性,或者同时脱离多个属性,甚至是分离粒子的波粒二象性。

然而,最近发表在《新物理学杂志》上的一项新研究表明,这些实验实际上并没有显示出粒子从其特性中分离出来,而是显露了量子力学的另一个违反直觉的特征——情境性。该研究小组指出,量子柴郡猫悖论的问题在于其最初的主张,即粒子及其属性(例如自旋或极化)会分离并沿着不同的路径传播,这可能是对实际物理情况做了误导性的表述。

广岛大学Holger Hofmann教授说:“我们希望通过证明如果以不同方式测量量子系统会获得不同的结果来纠正这一点,并且只有以非常特定的方式将这些不同的测量结果结合起来,量子柴郡猫的原始解释才会出现,并能忽略这种与测量相关的变化。”

量子力学是在原子和亚原子尺度上研究光和物质行为的学科。就其本质而言,量子力学是违反直觉的。该研究团队准备从根本上理解这种违反直觉的本质。广岛大学和布里斯托大学研究员Jonte Hance说:“大多数人都知道量子力学很奇怪,而寻找导致这种奇怪现象的原因仍然是一个活跃的研究领域。它已经慢慢形式化为一个称为“情境性(contextuality)”的概念,即量子系统的变化取决于你对它们所做的测量。”

量子系统上的一系列测量将产生不同的结果,而结果具体要取决于你进行测量的顺序。例如,如果我们测量一个粒子的位置,然后测量它的运动速度,这将与先测量它的运动速度然后测量它的位置会给出不同的结果。由于这种背景,量子系统可以被测量出具有我们期望的那种相互不兼容的属性。Hance说:“然而,我们仍然不真正了解造成这种情况的原因,所以这就是我们想要研究的内容,并使用矛盾的量子柴郡猫场景作为一种测试平台。”

该团队通过检查量子柴郡猫协议中光子路径和偏振的三种不同测量之间的关系来分析柴郡猫协议。如果系统不符合情境关系,这就会导致逻辑矛盾。他们的论文讨论了这种情境行为如何与弱值以及被禁止状态之间的一致性联系起来。他们的工作表明,量子柴郡猫并不是粒子脱离了实体的属性,而是展示了这些相干性的影响,这些相干性通常会出现在预选和后选的系统中。

展望未来,该团队希望扩大这项研究,以找到一种方法将矛盾的量子效应统一为情境性的现象,并解释测量如何以及为何会改变量子系统。Hance说:“这不仅将帮助我们最终解释为什么量子力学如此违反直觉,而且还将帮助我们开发出能将这种奇怪现象用于实际目的的方法。”(编译:Qtech)