量子柴郡猫研究发现粒子毕竟无法与其特性分离

量子柴郡猫效应的名字来源于《爱丽丝梦游仙境》故事中虚构的柴郡猫。那只猫消失了，只留下它的笑容。

同样，在 2013 年的一篇论文中，研究人员声称量子粒子能够与其特性分离，而这些特性沿着粒子无法传播的路径传播。他们将其命名为量子柴郡猫效应。此后，研究人员声称要进一步扩展这一点，在粒子之间交换脱离实体的属性，同时脱离多个属性，甚至“分离粒子的波粒二象性”。

然而，最近发表在《新物理学杂志》上的研究表明，这些实验实际上并没有显示粒子从其属性中分裂出来，而是显示了量子力学的另一个违反直觉的特征——情境性。

量子力学是在原子和亚原子尺度上研究光和物质行为的学科。就其本质而言，量子力学是违反直觉的。研究团队着手从根本上理解这种违反直觉的本质，同时探索实际好处。

“大多数人都知道量子力学很奇怪，但确定导致这种奇怪现象的原因仍然是一个活跃的研究领域。它已经慢慢地形式化为一个称为情境性的概念——量子系统的变化取决于你对它们所做的测量， ”说Jonte Hance，广岛大学和布里斯托大学研究员。

量子系统上的一系列测量将产生不同的结果，具体取决于测量完成的顺序。例如，如果我们测量一个粒子的位置，然后测量它的运动速度，这将与先测量它的运动速度然后测量它的位置给出不同的结果。

由于这种背景，量子系统可以被测量为具有我们期望相互不兼容的属性。“然而，我们仍然不真正了解造成这种情况的原因，所以这就是我们想要研究的内容，使用矛盾的量子柴郡猫场景作为测试平台，”汉斯说。

研究小组指出，量子柴郡猫悖论的问题在于其最初的主张，即粒子及其属性(例如自旋或极化)会分离并沿着不同的路径传播，这可能是对实际物理情况的误导性表述。

“我们希望通过证明如果以不同方式测量量子系统会获得不同的结果来纠正这一点，并且只有以非常特定的方式将这些不同测量的结果结合起来，量子柴郡猫的原始解释才会出现，并忽略这种与测量相关的变化，”广岛大学教授霍尔格霍夫曼说。

该团队通过检查量子柴郡猫协议中光子路径和偏振的三种不同测量之间的关系来分析柴郡猫协议。如果系统不符合上下文，这些就会导致逻辑矛盾。

他们的论文讨论了这种情境行为如何与弱价值观以及被禁止国家之间的一致性联系起来。他们的工作表明，量子柴郡猫并不是粒子脱离实体的属性，而是展示了这些相干性的影响，这些相干性通常出现在预选和后选的系统中。

展望未来，该团队希望扩大这项研究，找到一种方法将矛盾的量子效应统一为背景性的表现，并解释测量如何以及为何改变量子系统。

“这不仅将帮助我们最终解释为什么量子力学如此违反直觉，而且还将帮助我们开发出将这种奇怪现象用于实际目的的方法。鉴于上下文本质上与特定问题的量子解决方案相比具有量子优势的场景相关，只有了解背景，我们才能充分发挥量子计算等技术的潜力，”汉斯说。