王涛
后选择量子测量,从弱到热,到生命
2025-7-22 09:16
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      称为量子的,是因为现象需要用量子力学来描述,量子相干性在现象中扮演着重要的角色。对于量子力学的理解,我们基于薛定谔的量子态演化方程,以及量子测量假说,也就是测量的时候会出现量子塌缩。

    量子塌缩是什么,我们今天依然不清楚。这是一个导致系统突变的现象,这一点我们是非常清楚的,并且广泛的应用在各种量子技术中。

    阿哈诺夫思考了一种有特定量子测量结果的量子演化,也就是一个量子演化过程,它的初态和末态都是特定的。这是一个伟大的想法,因为它非常有趣,也带了难以想象的各种重要结果。

    对这种量子演化进行测量,就是后选择量子测量。

    经典的世界是确定的。在测量之前,还是测量之后,测量的结果都是现实的,确定的,没有变化的。但是量子测量不是这样,测量前和测量后差别极大。这带来了有趣的结果。如果测量的量子系统在测量后,又进行了一次强测量,即使作用是弱的,那么也会给量子指针带来大的变化。这个现象就是阿哈诺夫和他的学生在1988年发现的。

    阿哈诺夫,就是发现AB效应的A,他是玻姆的学生,玻姆是奥本海默的学生,都是超级天才。阿哈诺夫现在还活着,是这个世界上最应该拿到诺贝尔物理学奖的物理学家,但是可能拿不到了。

   这个现象超级简单,但是带给了我们关于量子测量的完整理解。

   在经典测量中,由于测量的物理量没有变化,是单一的,所以有关测量的信息就只能储存在测量指针中,测量的物体和测量信息无关。这个几乎是经典世界的必然体验。但是在量子测量中不是这样的。由于量子相干性,在测量哈密顿量的作用下(没有发生量子塌缩),这个测量的量子物体也发生了变化,所以量子信息也被储存在了量子系统中。

   所以很显然,在量子测量中,不仅要测量量子指针,也要测量量子系统,所有的测量信息才能都被揭示出来。

   这个道理就这么简单,但是到了今天依然还有很多做量子技术的依然不清楚。

   所以这里边关键的是量子系统的相干性,如果量子指针是热态,非相干的,也会带来大量的测量信息,也就是量子费舍尔信息。这个效应是我和李刚在2015年发现的。

   只要量子系统是量子的,就可以的。或者说,对于一个量子指针,只要有一部分是量子的就是可以的。

   这个发现极其重要。最近我意识到,生命现象,和后选择量子测量,是我所知道的,就这么两个发生在了经典世界和量子世界边界上的量子现象,如果说二者没有关系,这是根本就不可能的。考虑到生命的高效的信息处理能力,这几乎是必然的。

   基于热态的后选择量子测量,开创了常温量子技术。生命中的各种量子现象,如果能够放大到宏观尺度,就是常温量子技术,但是这里边究竟是什么,到今天依然不清楚。比如光合效应,最近有了许多新的发现。所以生命现象之外的常温量子技术的发现,是一个不可思议的事情,为我们理解生命的本质开辟了新的可能。

   可以预测,在未来的二十年,我们有望揭示生命的本质,甚至制造全新的生命形态。

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