量子物理學是困難的，想要解釋它則更加困難。來自廣島大學（Hiroshima University）的副教授Holger F. Hofmann和來自印度理工學院孟買校區（Indian Institute of Technology Bombay）的Kartik Patekar就試圖解決量子物理學中最大的謎題之一：如何測量一個量子系統而不改變它？
圖片來源：副教授Holger F. Hofmann和Emma Buchet，廣島大學
由於在盒子裡的貓（左上）處於疊加態，也就是說它可以在非常多不同的態上（比如死和/或生），並且被量子標籤標記。貓的相片與盒子內的狀況相糾纏。我們能處理相片來決定貓的命運（左下），或者用另一種處理方法恢復量子標籤而使貓保持在疊加態（右下）。
他們本月發表的新論文說明了當研究者在遠離量子系統的地方讀取觀察到的信息時，研究者所採用的分析方法不同，可以決定量子系統處於不同的態。儘管分析完全脫離了量子系統，但是通過仔細研究量子數據，或許可以恢復初始疊加態的可能值。
「通常我們靠觀察來搜尋事物。但在這種情況下，觀察會改變研究對象，這就是量子力學的問題。我們能用複雜的數學去描述它，但我們怎麼能確定數學描述的東西就真的是那樣呢？當我們測量時便產生了取捨，測量對象其他的可能狀態就因此遺失了。而如果你不與系統進行相互作用，你就無法得到任何信息，所以你在觀測時就已經付出了代價。」Hofmann解釋道。
當Patekar是本科生時，他在廣島大學（Hiroshima University）待的一個月期間，這兩位物理學家試圖想像不「付出代價」就測量系統的方法，即保持系統在疊加態，或者說系統可以處於所有的態上。為了理解他們的結果，Hofmann用著名的物理故事薛丁格的貓來描述他們的發現：
薛丁格的貓處在一個盒子中，而科學家不知道它是死是活。一個放在盒子外面的照相機對著盒子裡面拍照。結果拍到的貓的相片是模糊的；我們能看到那兒有隻貓，卻看不出來它是死是活。照相機的閃光同時去除了標記貓的疊加態的一個「量子標籤」。現在，相片和貓的命運相糾纏了，即我們選擇不同的方法處理相片，就會決定在貓身上發生了什麼。
我們把相片從盒子裡拿出來，並在電腦或暗室中處理。取決於處理相片的方式，我們或者能夠探明貓的生死，或者探明閃光對貓做了什麼，即恢復量子標籤。相片讀取者的選擇決定了我們能知道貓的什麼方面。我們可以知道貓的生死，或者恢復拍照時被去除的量子標籤，但不能全都實現。
這僅僅是我們理解量子力學而向前邁進的一步。如今，量子力學的充分應用僅限於量子計算機這樣的專業系統，儘管量子力學的一些方面可被用於精確測量，還可以利用量子加密進行安全通信。
「這是我研究中的一個關鍵部分。我非常想理解為什麼量子世界中會有這樣一個怪異的現象。我關注在測量上，因為這正是怪異的來源！」Hofmann說道。
翻譯：任雨涵
審校：戴晨
引進來源：廣島大學
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本文來自：環球科學
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