薛丁格貓有救了？實現預測薛丁格貓的跳躍，並最終拯救它！
2020-10-18 博科園耶魯大學研究人員通過預測薛丁格貓的跳躍並及時採取行動將它從眾所周知的厄運中拯救出來，從而找到了如何抓住並拯救這隻貓的方法。薛丁格的貓是量子疊加和不可預測性的象徵。在這個過程中，推翻了量子物理學多年來的基石教條。這一發現使研究人員能夠為包含量子信息的人工原子即將發生的跳躍建立一個早期預警系統，一項宣布這一發現的研究發表在2019年6月3日的《自然》上。
薛丁格的貓是一個著名悖論，用來說明量子物理學中疊加的概念（兩種對立狀態同時存在的能力）以及不可預測性。這個想法是把一隻貓放在一個密封的盒子裡，盒子裡有一個放射源，如果放射性物質的一個原子衰變，就會觸發毒藥。量子物理學的疊加理論認為，在有人打開盒子之前，貓既是活的也是死的，是狀態的疊加。打開盒子觀察貓會使它突然隨機改變量子態，迫使它要麼死，要麼活。量子躍遷是觀察到狀態的離散(非連續)和隨機變化。
這項由耶魯大學教授米歇爾·德沃裡特(Michel Devoret)在實驗室裡進行的實驗，由第一作者茲拉特科·米內夫(Zlatko Minev)提出，首次深入研究了量子躍遷的實際研究。結果揭示了一個驚人的發現，與丹麥物理學家尼爾斯·玻爾的既定觀點相矛盾——跳躍既不像之前認為的那樣突然，也不像之前認為的那樣隨機。對於一個微小的物體，如電子、分子或含有量子信息的人造原子(稱為量子位)，量子躍遷是指從一種離散的能態突然過渡到另一種能態。
在開發量子計算機時，研究人員至關重要的是必須處理量子位元的跳躍，這是計算錯誤的表現。神秘量子躍遷是波爾在一個世紀前提出的理論，但直到20世紀80年代才在原子中觀測到。耶魯大學應用物理學和物理學f.w.b inecke教授、耶魯量子研究所(Yale Quantum Institute)成員德沃裡特(Devoret)說：每次我們測量一個量子位元時，這些跳躍就會發生，眾所周知，從長期來看，量子跳躍是不可預測的。
儘管如此，科學家想知道是否有可能得到一個提前警告信號，表明跳躍即將發生。這個實驗的靈感來自奧克蘭大學Howard Carmichael教授的理論預測，他是量子軌跡理論的先驅，也是這項研究的合著者。除了它的基本影響，這一發現在理解和控制量子信息方面是一個潛在的重大進展。研究人員表示，在開發完全有用的量子計算機過程中，可靠地管理量子數據和糾正錯誤是一個關鍵挑戰。耶魯大學研究小組使用了一種特殊的方法來間接監測超導人工原子，用三個微波發生器照射包裹在鋁製成的三維腔體中的原子。
Minev開發的超導電路雙間接監測方法使研究人員能夠以前所未有的效率觀察原子。當人造原子同時被觀測時，微波輻射會攪動它，導致量子躍遷。這些跳躍的微小量子信號可以被放大而不損失到室溫。在這裡，信號可以被實時監控。這使得研究人員能夠看到探測光子的突然缺失(光子是由受微波激發的原子狀態發出的)，這種微小的缺失是量子躍遷的預警。儘管觀察到跳躍，但這個實驗顯示出的美麗效果是跳躍過程中連貫性的增強，你不僅可以利用這個來抓住跳躍，還可以逆轉它。
這是一個關鍵點，從長遠來看，量子跳躍表現為離散和隨機的，反轉量子跳躍意味著量子態的演化在一定程度上具有確定性而非隨機性；跳轉總是以相同、可預測的方式從其隨機起點發生。原子的量子躍遷在某種程度上類似於火山爆發，從長期來看，它們是完全不可預測的。儘管如此，通過正確的監測，可以確定地發現即將來臨的災難預警，並在災難發生之前採取行動。
博科園｜研究/來自：耶魯大學
參考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1287-z
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薛丁格的貓是什麼?
薛丁格的貓是物理學的四大神獸之一，並非是指某種動物，而是一種思維實驗。接下來講一下這個實驗的背景故事。二十世紀物理學的兩大支柱相對論和量子力學，大家對相對論比較了解，或者是即使不懂什麼意思但是會經常聽說。 -
解讀「薛丁格的貓」,它體現的深層含義是什麼?
由於原子具體何時衰變我們無法確定，那這段時間內盒子裡的貓有可能還活著，也可能已經死了，但只有我們打開盒子才能確定貓的生死。這就好比量子力學對「量子」不可測的描述，當我們沒有觀察時，量子可以處於一種矛盾的「疊加態」，而當我進行觀察時量子從「疊加態」坍縮為唯一確定的經典態。 -
薛丁格的貓
實際上它有一個巧妙的隱喻。原題設計者把它叫薛丁格的貓。下面這一段是從百度上摘下來的介紹（註：本來不想加這段，但公眾號規定文章必須夠300字才可以發，所以摘一段貓的介紹。已經知道這個概念的可以跳過這段，沒有新內容。沒有聽說過這個概念的人，如果讀了這段，而且搞懂了，或許這是你今天上網的最大收穫）。 -
薛丁格的什麼貓?
導語：有那麼一隻貓，它屬於薛丁格，屬於愛因斯坦，屬於物理學史，屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。有那麼一隻貓，它屬於薛丁格，屬於愛因斯坦，屬於物理學史，屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。它犀利敏捷，直指核心，曾經是物理學界初窺量子世界的一把鑰匙；它簡單易懂，也不擺架子，各行各業的人們都其樂融融地為之辨析爭論，而今已是人們認識量子理論的一個坐標。本文將從這隻貓的由來出發，以這隻貓帶來的種種困惑收尾，與讀者到量子領域一遊。 -
薛丁格的貓——既死又活的貓
主要是這些概念實在太違背我們已經既定的定律或者定理，比如最著名的要數薛丁格的貓，一隻既死又活的貓，一隻貓它既是死的也是活的兩種狀態疊加在一起，當我們打開盒子時，波函數坍塌那麼貓的死活就瞬間確定。在我們宏觀世界怎麼可能接受一隻既死又活的貓呢，根本無法理解。薛丁格的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。一隻貓被封在一個密室裡，密室裡有食物有毒藥。 -
「麥克斯韋妖」與「薛丁格的貓」齊名,它有何恐怖之處?
「薛丁格的貓」既是死的又是活的，這是非常令人難以接受的，事實上，這就是薛丁格當年提出這個思想實驗想要達到的目的。薛丁格試圖以這隻「既死又活」的貓讓人們明白，量子力學中的「疊加態」是多麼的荒謬，然而時至今日，薛丁格的貓儼然成為了量子力學的代名詞，這是薛丁格萬萬沒有想到的。 -
薛丁格提出「薛丁格的貓」,竟是為了推翻量子力學?
薛丁格是量子力學的奠基人之一，1926年，他提出了波函數和薛丁格方程，構建了量子力學的一種數學形式——波動力學，奠定了近代量子力學的基礎。但是，他在1935年卻提出一個怪異的思想實驗——薛丁格的貓，這個實驗構建了一隻看上去處於「死」和「活」的疊加態的貓，讓人們感覺量子力學十分荒謬。一隻既死了又活著的貓，這還不夠荒謬嗎？ -
「薛丁格的貓」
薛丁格的貓這個詞常常被網友們來拿說，但是其具體意思卻沒多少人去深究，歸根結底，薛丁格的貓還是比較費解的。薛丁格的貓是量子物理學的一個理論，大致意思是說當沒有人能看到盒子裡面的一隻50%概率死掉情況下的貓時，這隻貓既可以是活的，也可以是死的，叫做「量子疊加態」，也可以說是「薛丁格貓態」。 -
著名薛丁格的貓
奧地利有一個物理學家，他的名字叫做埃爾溫·薛丁格。薛丁格有一隻貓，可他卻把貓關進一個盒子裡。更可怕的是，這個盒子裡除了貓，還安裝著一個毒氣機關。貓能不能活下來，就取決於這個毒氣機關。 是不是很為薛丁格的貓感到擔憂？但你不必擔心，這只是薛丁格的一個想像實驗，並沒有真的小貓被放進毒氣盒子中，薛丁格不過是用這個實驗來研究量子力學而已。量子力學研究什麼？它研究的是微觀世界，一個我們看不見摸不著的世界。 -
深入淺出講解薛丁格的貓
薛丁格的貓，涉及到了量子力學派系之爭。我們先了解一下薛丁格的貓提出的背景：薛丁格的貓思想實驗在當時的量子理論派系中，薛丁格和愛因斯坦是一派現有量子力學理論並非最終的真理，它只是接近真理而已，上帝不會擲骰子決定宇宙運行，量子力學還不完善。另外一派系則是波爾、海森堡等科學家，他們則認為量子力學已經完美解釋了微觀世界的運動規律，在量子世界，一切都是不確定的，只能夠用波函數描述，而波函數的意義就是粒子運動狀態的概率統計而已。 -
薛丁格的貓是不確定的貓
提出的一個思想實驗，是指將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。但是在沒人打開箱子觀察前，沒人知道貓是生是死，所以這貓既死又活 -
我就是薛丁格的貓
：一個密閉的箱子裡有一隻貓、一瓶劇毒物質、一臺粒子探測器、一點放射性物質、一隻榔頭。這就是讓物理學家坐立不安的薛丁格的貓，雖然它在公眾心中的名氣比不過加菲貓或湯姆貓，但這隻貓所產生的影響絕對是能夠跨越世紀的！有人說它的影響就像日心說或進化論當年在歐洲所產生的那樣，能夠觸動科學大廈的根基；就連癱在輪椅上的霍金聽到它時也要拿起一竿槍對準它讓這隻貓不再攪得他睡不著覺。 -
「薛丁格的貓」,稍微帶一丁點兒專業的科普
根據量子力學，由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓」。需要說在前面的是，「薛丁格的貓」最早不是用來解釋量子力學的，是用來諷刺量子力學的。具體來說，薛丁格搞出了的薛丁格方程，但他想不出這個方程背後是啥意思。然後別的學者說，可以用概率來解釋。