物理学家预测如何捕捉和拯救施林德的猫

（插图由Kat Stockton）

耶鲁研究人员通过预期其跳跃并实时行动以便从众所周知的厄运拯救它来捕捉和拯救Schrödinger的着名猫，量子叠加器的着名猫，量子叠加和不可预测性的象征。在此过程中，他们在量子物理学中翻过几年的基石教条。

该发现使研究人员能够建立一个预警系统，以迫使含有量子信息的人工原子跳跃。宣布发现的一项研究显示在6月3日的期刊自然的在线版。

Schrödinger的猫是一个着名的悖论，用于说明叠加的概念 - 两个对面状态的能力同时存在 - 以及量子物理学中的不可预测性。这个想法是将一只猫放在一个装有放射源和毒药的密闭盒子里，如果放射性物质的原子腐烂，就会触发这种毒药。Quantum物理学的叠加理论表明，直到有人打开盒子，猫都是活着的，死亡，是各国的叠加。打开盒子以观察猫导致它随机突然改变其量子状态，强迫它是死亡或活着的。

量子跳跃是观察时状态的离散（非连续）和随机变化。

实验，在耶尔·米歇尔德国教授的实验室中进行，并通过领导作者Zlatko Minev提出，同行第一次进入量子跳跃的实际工作。结果揭示了一个令人惊讶的发现，达到丹麦物理学尼尔斯Bohr的建立的观点 - 跳跃既不突然也不像以前认为一样随机。

对于诸如包含量子信息的电子，分子或含有量子信息的人工原子（称为QUBBit）的微小物体，量子跳跃是从其离散能量状态的突然转变为另一个。在开发量子计算机中，研究人员必须对Qubits的跳跃表示令人遗憾，这是计算中误差的表现。

在一个世纪前的Bohr，但在20世纪80年代，在原子中观察到了神秘的量子跳跃。

“每次测量Qubit时，都会发生这些跳跃，”德沃特，F.W.耶鲁斯·奥莱量子研究所的应用物理与物理和物理学教授Beinecke教授。“众所周知的量子跳跃在长远来看是不可预测的。”

“尽管如此，”含有雷电“，我们想知道是否有可能获得提前警告信号，跳跃即将发生。”

Minev指出，该实验受到奥克兰大学霍华德卡米克尔教授的理论预测的启发，这是一项量子轨迹理论的先驱和该研究的共同作者。

除了其基本影响外，发现是理解和控制量子信息的潜在主要进展。研究人员表示，在发生完全有用量子计算机的开发中，可以可靠地管理量子数据和纠正错误是一个关键挑战。

耶鲁球队使用特殊方法来间接监测超导人工原子，三个微波发电机照射封闭在由铝制成的3D腔中的原子。由Minev用于超导电路开发的双间接监测方法允许研究人员以前所未有的效率观察原子。

微波辐射搅拌人工原子，同时观察，导致量子跳跃。这些跳跃的微小量子信号可以在不损失到室温的情况下放大。这里，可以实时监控它们的信号。这使研究人员能够看到突然没有检测光子（由微波激励的原子的辅助状态发出的光子）;这种微小的缺席是量子跳跃的预警。

“这项实验显示的美丽效果是跳跃期间相干的增加，尽管它观察，”德国说道。添加了Minev，“你可以利用这一点，不仅可以抓住跳跃，还要逆转它。”

研究人员说，这是一个关键点。虽然量子跳跃显得离散且随机在长远来看，逆转量子跳跃意味着量子状态的演变部分是确定性的，而不是随机的特征;跳跃总是以相同，可预测的方式从其随机起点开始发生。

“原子的量子跳跃有点类似于火山的喷发，”Minev说。“长期来说，他们完全不可预测。尽管如此，通过正确的监测，我们可以通过确定可以检测即将发生的灾难的预警并在发生之前进行行动。

该研究的其他共同作者包括Robert Schoelkopf，Shantanu Mundhada，Shyam Shankar和Philip Reinhold，所有Yale; RicardoGutiérrez-JáureGui的奥克兰大学;来自法国计算机科学与自动化研究所的法国研究所的Mazyar Mirrahimi。

该研究得到了美国陆军研究办公室的支持。

新的研究是耶鲁斯量子研究工作的最新一步。耶鲁科学家正处于开发第一个完全有用的量子计算机的努力的最前沿，并在具有超导电路的量子计算中进行了开创性的工作。

出版物：Z. K. Minev，等，“捕获和逆转量子跳跃中间飞行，”自然（2019）