英媒称,科学家认为,薛定谔的猫或许并非只有生死两种可能,它还可以从危险边缘被救回。这些科学家说,他们发现了一度被认为瞬间完成、不可预测的量子跃迁拥有预警信号。

中文报道:

科学家发现「量子跃迁」有预警信号:薛定谔的猫「有救了」_《参考消息》官方网站?

www.cankaoxiaoxi.com

Nature 原文:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1287-z?

www.nature.com


20190613更:看了很多的评论,还有一些相关的知乎问题,好像很多人觉得这个工作证伪了量子力学的随机性(概率解释)or不连续性,甚至认为量子力学被推翻了。。。我觉得实在是有必要澄清一下。这个工作本身没有推翻任何现有的量子力学理论!实验的所有结论都与理论学家用现有的量子力学理论预测预相符!我不知道是哪家媒体的报道出现了偏差。。他们是要负责任的。。

解释一下量子力学的随机性和不连续性:比如我们考虑电子可以占据GD这两个分立的能级,能量分别是EG和ED,如果电子处在叠加态,那么如果我们测电子能量,单次测量的结果只可能是EG或者ED(不连续),单次实验测出来是哪个是随机的(随机性)。

量子跃迁是指,在光场中,原子的电子可以吸收或者放出一个光子能量在GD两个能级间跃迁(G-&>D或者D-&>G),这篇文章的结论是:量子跃迁这一过程发生的时间虽然是随机的,但是发生前有预兆,而且跃迁过程连续。这跟测量都没关系啊!咋就被理解成推翻了量子力学的随机性和不连续性。。。

文章第三幅图的Z_GD展示的就是测量到电子在G态或者D态的概率(Z越小测到G的概率越大),作者明确说了,单次实验只能测出来电子在G或者D,那条线是做了680万次实验平均下来的结果,所以才是连续的。为什么要画概率?因为每一次测得的结果是随机的啊!概率的变化是连续的,不代表每次实验的结果也是连续的啊!


20190611更:拖延症晚期的我终于把文章逆转量子跃迁那部分补上了。。。

评论区很多知友反应看不懂。。。确实写的有点太晦涩了。。简单的科普可以看题主引的那个报道,里面是用薛定谔的猫来讲这个事情,或许更生动形象好理解。不过那个报道对物理原理和实验方法说的不太多,希望这个回答可以帮助大家理解。


耶鲁大学两位超导量子计算大佬又搞了个大新闻啊!

这个工作是说,通过对量子态的测量可以预测量子跃迁的发生。由于这种预警信号的存在,他们还可以主动对体系进行操控,把进行到一半的量子跃迁拉回来。

在量子力学建立之前,波尔用他的三个假设解释了氢原子光谱,这就是著名的波尔模型,波尔模型现在还出现在很多量子力学或者原子物理的教科书里。波尔模型有三个基本假设:定态假设(原子中的电子可以在一系列轨道上稳定运动)、角动量量子化假设(这些轨道的角动量是普朗克常数的整数倍)和跃迁假设(原子可以通过吸收或者放出能量在这些轨道上跳来跳去)。

当人在不停地观测原子的状态时(强测量),这种跃迁发生的时间是随机的。但这并不代表我们不能预测量子跃迁的发生。这篇文章就是利用实时测量结果的一些特征预测跃迁,并且扭转跃迁。


下面讲讲这个实验具体怎么做的吧

超导人工原子能级图和电路图

他们用超导电路做出了有D, B, G三个能级的量子体系,也就是他们所谓的人工原子。其中D和G是量子跃迁发生的两个能级,B的引入是为了测量跃迁的发生。DG之间的耦合[公式] 产生量子跃迁,BG之间的耦合使得研究人员可以通过测量B得到原子G态的概率。

实时观测量子跃迁

上图中蓝灰红分别代表原子处在BGD三个状态。当原子处在G态的时候,由于BG耦合的存在,可以看到原子在BG之间跃迁(这个虽然也叫跃迁,但我们感兴趣的是GD的跃迁,不是这个)。在0到~33us之间,原子一直处于G状态(蓝灰交替),但是在45us之后,原子处在D状态(红色),这说明在45us的时候发生了量子跃迁(G到D)。但是这中间的12us时间里(粉色阴影的区域),虽然原子仍处在G,但是我们看不到B(蓝色)了。这就是预警信号!

预警期量子态的演化

他们在预警期做了state tomography,可以看到在这12us内,量子态是从G连续变到D的(对应著Z_GD从-1连续变到+1),说明量子跃迁不是一个瞬时的过程!

从上图还可以看到在中间时刻 [公式] ,Z=0,也就是量子跃迁刚好进行到了一半,在这个时候,自旋是朝X方向的。所以大致来说,量子跃迁的过程自旋从-Z到X再到Z。知道了这个轨迹,研究人员就可以在中间时刻 [公式]把X再转回到-Z,人为逆转这个进行到一半的跃迁过程。

逆转量子跃迁。逆转过程是在phi_1方向打90度pulse,当phi_1=pi/2,也就是pulse沿Y方向的时候,它刚好能够将X重新变回-Z,实验上这个操作的可信度最高可以达到83%(右图蓝线的最高点)


最后以我粗浅的认识谈一下如何看待吧。。。

这个结果之前是被理论预言的。所以这篇文章的主要结论:量子跃迁是连续、相干、可预测的,这三点从理论的角度上并没有什么意外的。这个理解上也很自然,因为量子跃迁说的是一个开放系统,比如在光场中的原子,只看原子的话会发现有跃迁。但是如果把光考虑进来,整个系统就是封闭系统,所有的演化都是连续、相干、可预测的,原子作为其子系统也应该具有这样的性质。

当然实验验证也非常重要,毕竟对于物理学来说,算出来的永远没有看到的靠谱。这个实验的control也比较复杂,能做出来也很厉害。


这篇论文的解读好像出现了奇怪的偏差……实际上,跃迁需要时间早有定论。核磁共振,尤其是各种已经商业化、常规化的二维核磁的实验时时都在利用相关原理。Rabi、Bloch研究NMR并且获得诺贝尔物理学奖都是上个世纪四五十年代的事了。正巧知乎上前几天还有相关讨论:

电子跃迁是瞬间移动吗?是不是超光速移动??

www.zhihu.com图标电子跃迁是瞬间移动吗?是不是超光速移动??

www.zhihu.com图标

那么,一个「众所周知」的现象为什么能发表在 nature 上呢?当然是由它的理由,但并不是什么首次发现「量子跃迁不是瞬间完成」或者「挑战哥本哈根解释」之类的唬人理由——呃,且容我有空再更……或者也可以先看一下我的另外一个相关解读……

量子力学不确定性是否被推翻?如果是真的,这意味著什么??

www.zhihu.com图标

不请自来。不过看了几个答案感觉有点恐怖,怎么有这么多看起来莫名其妙的答案,什么XX理论被推翻之类的,是大家量子力学干脆没学吗…

现在普遍接受的理论一直都是「跃迁」需要时间的啊。简单定性来说可以用不确定原理考虑一下,考虑得稍微复杂点就是含时微扰,这不都是本科生量子力学很重要的内容吗。

补充一些东西:

我个人其实不太喜欢但凡有科普就提薛定谔的猫,甚至对其过度解读。现在而言,就把这个例子当成普通的思想实验就好了。非物理专业的人如果不能理解就不要去理解了,那就是数理基础不够,强行理解反而没有什么帮助。

我觉得科普这个事情应该是让人在思考后有所收获的。不应该为了方便所有人理解而把科学过分简单化。


1.量子力学理论不会因此有什么变化

2.薛定谔的猫和这个没啥关系

3.去看看什么叫量子跃迁什么叫叠加态什么叫薛定谔方程

4.很多人并没有量子力学的基本常识

5.洗洗睡吧


我发现本问题下就有一个和题目中同样神奇的现象

大家不妨像看待北大物理学院有教学事故预警信号一样来看待:

作用量也就是力,或者光

作用量也就是力,或者光

作用量也就是力,或者光

——你咋不说是奥特曼呢!曾谨言培养的北大物理教授就这认知?

——你是电,你是光,你是唯一的神话~我只爱你,You are my 作用量~

作用量(zuoyongliang)为雷奕安自行定义的概念,它既是力,又是光,当然也是电和热。与物理学中最小作用量(Least action)原理毫无关系,切记!

非局域性概念也是错的,或者说需要得到实验证明

也是错的,或者说需要得到实验证明

也是错的,或者说需要得到实验证明

(先一口断定是错的了,还做什么实验证明?发现错就强行证成对的?北大教授就这论述能力?)

按照雷氏逻辑,很多人的无罪需要证明,或者说,他是罪犯(谁是「很多人」呢?请看)。

原来薛定谔也是中文十级吗?用中文脏话骂人这么熟练?你说的那位是不是姓薛名定谔,祖籍山东啊?

我当然知道你链接里的文章是这样翻译的,但你一个物理教授贴的不该是当事人的原文吗?居然靠二手消息?你和荀仔队有啥区别?

感谢知友 @十酒三 提供资料,雷奕安本来就以为古今中外都通用现代汉语:

(经查雷奕安微博 已删除此条并更换头像逃避,不愧其芳草天之名!)

截图出处:十酒三:想不出好话怎么办?华南理工老来示范

薛定谔虽为西方蛮夷,却和成吉思汗一样并非汉人而精通现代汉语,这证明一代伟人都要熟习中华文化啊!

就像北大教授探究物理要用网文,考据历史用武侠小说一样!

更新:下图分别出自芳草天的微博和知乎文章:

薛定谔过世多年,跟你雷奕安这么熟啊?他怎生气你都感同身受?好像是你被「他们」强干了一样啊?

你是通过科研圈网站文章通灵跟他交流的吗?这通灵是不是还自带双向高智能翻译啊?不然他怎么知道你说的「量子力学不懂派」这半通不通的汉语是啥玩意?

得,回答看不见了也赖不懂派。反正什么都是别人的错,就雷奕安永远正确。道听途说不去查证,戏真多得跟自己就是薛定谔本人似的。这不,雷奕安还往别人的评论区派枪手呢:

「且不论别人说得是否是对的,我阿城就能断定你们是知乎睿智,你们这一群唇豚」

从逻辑上来看,或者按照阿城说的「就很简单的一个道理」,如果阿城脖颈以上不只有排遗功用,完全可以直接讨论「别人说的是否是对的」,而不需要转移话题讨论别人行为动机和身份立场。越需要脏话辱骂来造势越证明阿城没有心发虚,只有月工口等著雷某喂它恰饭。

欢迎收看雷奕安教授的往期滑稽秀:

傅铁强:「北大物理教授」知乎暴论选集?

zhuanlan.zhihu.com图标傅铁强:震惊!!北大教授雷奕安证明电脑不存在!?

zhuanlan.zhihu.com图标


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