量子柴郡猫研究发现粒子毕竟无法从其特性中分离出来

量子柴郡猫场景中使用的简单干涉仪，其中光子在路径偏振纠缠态 E 中制备抄送，但仅当它到达输出路径 + 且极化 D 时才考虑。当我们考虑光子的路径、偏振和路径偏振相关性时，就会出现悖论，而光子位于干涉仪内部。图片来源：《新物理学杂志》（2023 年）。DOI： 10.1088/1367-2630/ad0bd4

量子柴郡猫效应的名字来源于《爱丽丝梦游仙境》故事中虚构的柴郡猫。那只猫能够消失，只留下它的笑容。

同样，在2013年的一篇论文中，研究人员声称量子粒子能够从它们的特性中分离出来，这些特性沿着粒子不能的路径传播。他们将其命名为量子柴郡猫效应。此后，研究人员声称进一步扩展了这一点，在粒子之间交换无形的属性，同时分解多个属性，甚至“分离粒子的波粒二象性”。

然而，最近发表在《新物理学杂志》上的研究表明，这些实验实际上并没有显示粒子从其性质中分裂出来，而是展示了量子力学的另一个反直觉特征——上下文性。

量子力学是研究光和物质在原子和亚原子尺度上的行为的学科。就其本质而言，量子力学是违反直觉的。研究团队着手从根本上理解这种违反直觉的本质，同时探索实际的好处。

“大多数人都知道量子力学很奇怪，但确定是什么导致了这种奇怪的现象仍然是一个活跃的研究领域。它已经慢慢被正式化为一个叫做上下文的概念 - 量子系统会根据你对它们所做的测量而变化，“广岛大学和布里斯托尔大学的研究员Jonte Hance说。

量子系统上的一系列测量将产生不同的结果，具体取决于测量的顺序。例如，如果我们测量一个粒子的位置，然后测量它的行进速度，这将给出不同的结果，首先测量它的行进速度，然后测量它在哪里。

由于这种上下文性，量子系统可以被测量为具有我们期望相互不兼容的特性。“然而，我们仍然不真正了解是什么原因导致了这种情况，所以这就是我们想要研究的，使用矛盾的量子柴郡猫场景作为测试平台，”汉斯说。

研究小组指出，量子柴郡猫悖论的问题在于，它最初的主张，即粒子及其特性，如自旋或极化，分离并沿着不同的路径传播，这可能是对实际物理情况的误导性表示。

“我们想通过证明如果以不同的方式测量量子系统，就会获得不同的结果来纠正这一点，并且只有当你以非常具体的方式组合这些不同测量的结果时，才会产生对量子柴郡猫的原始解释，并忽略这种与测量相关的变化，”Holger Hofmann说。 广岛大学教授。

该团队通过检查量子柴郡猫协议中光子的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。如果系统不上下文，这些将导致逻辑上的矛盾。

他们的论文讨论了这种情境行为如何与弱价值观和被禁止状态之间的连贯性联系起来。他们的工作表明，量子柴郡猫不是粒子的属性被分解，而是展示了这些相干性的影响，通常在预先选择和后选择的系统中发现。

展望未来，该团队希望扩大这项研究，找到一种方法将矛盾的量子效应统一为上下文的表现形式，并解释测量如何以及为什么会改变量子系统。

“这不仅有助于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将这种怪异用于实际目的的方法。鉴于情境性与给定问题的经典解决方案相比具有量子优势的场景有着内在的联系，只有通过理解情境性，我们才能实现量子计算的全部潜力，“汉斯说。

更多信息：Jonte R Hance 等人，上下文、相干性和量子柴郡猫，《新物理学杂志》（2023 年）。DOI： 10.1088/1367-2630/ad0bd4

来自：量子梦