管理量子数据和纠正错误是科学家在开发全实用量子计算机时面临的最大挑战。耶鲁大学研究人员进行的一项新研究可能会提供克服这种困境的方法 - 同时也拯救了薛定谔的着名猫科动物。

1935年，为了嘲弄哥本哈根对量子力学的解释，ErwinSchrödinger提出了一个思想实验：将一只猫放在密封的盒子里，放入放射性样品，盖革计数器和一瓶毒药stylechina.com。

如果盖革计数器检测到放射性物质已经腐烂，它将触发粉碎毒药瓶，杀死猫。有效地，猫的生命取决于量子力学确定放射性衰变原子的状态。

量子力学的“哥本哈根解释”指出，粒子一直存在于所有状态，直到观察到 - 物理学家称之为“叠加”。相反，放射性物质可以同时在密封环境中腐烂而不会腐烂。由此可见，薛定谔的猫既活着又死了，直到一个人打开盒子。当然，每个人都认为这是荒谬的，但正是薛定谔试图传达的荒谬之处。然而，我们现在从实验中知道，叠加在量子力学中实际上是真实的，无论它听起来多么奇怪。

因此，放射性原子和小猫彼此密切“纠缠”。但是，一旦观察者打开盒子，猫的“叠加” - 它在两个状态下的想法 - 都会陷入“猫还活着”或“猫死了”的知识中，但不会两者兼而有之。原子量子态的这种突然变化被认为是随机的并被称为“量子跃迁”。量子跃迁的概念首先由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔描述，但直到20世纪80年代才在原子中观察到第一次。时间。

“每次我们测量量子位时都会出现这些跳跃，”耶鲁大学应用物理与物理学教授，耶鲁量子研究所成员Michel Devoret说。“从长远来看，众所周知，量子跃变是不可预测的。”

对于量子技术的实际应用来说，这种叠加崩溃的性质是非常烦人和麻烦的。Devoret及其同事希望看到是否有可能获得一个即将发生跳跃的高级警告信号。

对于他们的实验，研究人员间接监测了一个超导原子或量子比特（量子计算机中的基本信息单元），它被三个由铝制成的空腔内的三个微波源轰击。一些微波辐射在能量状态之间切换量子位，而另一束辐射测量腔。在量子比特的基态，微波束曝光释放光子。因此突然缺少光子意味着量子比特即将量子跃入激发态。

“尽管有观察结果，这次试验显示的美丽效果是跳跃过程中的连贯性增加，”Devoret说。

“你可以利用它不仅可以捕捉跳跃，还可以逆转它，”主要作者Zlatko Minev在一份声明中补充道。

该实验的发现与玻尔相矛盾，表明量子跃迁既不是突然的，也不像以前认为的那样随机。相反，量子跳跃总是以相同的，可预测的方式从其随机起始点发生。这种确定性意味着它也可以用另一个微波辐射脉冲反转，将量子位发送回基态。换句话说，拯救薛定谔的猫。

“原子的量子跃迁有点类似于火山的喷发，”Minev说。“从长远来看，它们完全无法预测。尽管如此，通过正确的监测，我们可以确定地发现即将发生的灾难的预警，并在灾害发生之前对其采取行动。

这项新的研究，发表在杂志自然，将证明在开发有用的量子计算机，其中量子跳跃的时候，造成计算错误。传统计算机以二进制方式执行计算 - 使用1和0 - 量子计算机在原子尺度上利用粒子量子态的奇特特征。与薛定谔的猫一样，量子比特的值不一定是1或0，但两者同时存在。理论上，量子计算机比传统计算机快数千倍。