量子状态在测量期间是否立即崩溃？科学家们“电影”它找出了。

时间：2021-09-16 11:52:03 来源：

锶离子被困在电场。离子上的测量持续了一百万分之一秒。

Quantum物理描述了内心的杀戮原子，这是一个与日常经历的世界非常不同。量子力学的许多奇怪且基本方面之一是观察者的作用 - 测量量子系统的状态导致它改变。尽管测量过程在理论内具有重要性，但它仍然持有未答复的问题：量子状态在测量期间是否立即崩溃？如果没有，测量过程需要多长时间以及系统在任何中间步骤的量子状态是多少？

来自瑞典，德国和西班牙的研究人员的合作，使用单个原子回答了这些问题 - 一种被困在电场中的锶离子。离子上的测量持续了一百万分之一秒。通过制造由在测量的不同时间拍摄的图片组成的“电影”，他们表明，在测量影响下，状态的变化逐渐发生。

实验的结果可以在动画的GIF中概括，表明在该百万分之一的离子中的量子状态发生的情况下。可以使用三维板可视化状态。条的高度表示可能的量子状态的叠加度。这部电影显示在测量过程中的一些叠加丢失 - 以及这种损失如何逐渐逐步 - 而其他丢失是如何保存，因为它们应该在理想的量子测量中。

原子遵循量子力学的定律，这往往与我们的正常期望相矛盾。原子的内部量子状态由在原子芯周围缠绕的电子状态形成。电子可以在轨道上靠近或更远的轨道圈出圆芯。然而，量子力学还允许所谓的叠加状态，电子占据一次轨道，但每个轨道仅具有一些概率。

“每次测量电子轨道时，测量的答案都将是电子在较低或更高的轨道中，从未在其间。即使初始量子状态是两种可能性的叠加，这也是如此。斯德哥尔摩大学物理系的研究员Fabian Pookorny说，感觉中的测量力迫使电子决定其中的两种状态中的哪一个。

“电影”在测量过程中显示进化。inpidual的图片显示断层扫描数据，其中条形的高度揭示仍然保留的叠加程度。在测量期间，一些叠加丢失 - 这种损失逐渐发生 - 而其他损失则被保存，因为它们应该是理想的量子测量。

“这些调查结果将新的光线缩小到自然的内部运作情况下，与现代量子物理学的预测一致，”斯德哥尔摩团队团队领导人的Markus Hennrich说。

这些结果也超出了基本量子理论。量子测量是量子计算机的重要组成部分。该集团在斯德哥尔摩大学正在基于捕获的离子的计算机工作，其中测量用于在量子计算结束时读出结果。

参考：“跟踪理想量子测量的动态”由Fabian Pokorny，Chi Zhang，Gerard Higgins，AdánCabello，Matthias Kleinmann和Markus Hennrich，25 2月25日，物理评论信件.DO：
10.1103 / physrevlett.124.080401.

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