薛定谔猫又来了，这次它同时出现在两个盒子中

薛定谔猫是世界上最难以理解、最有趣的猫，因为它既死又活。这次科学家在实验室中制造出一种更加奇异的薛定谔猫，这次它同时处于两个盒子之中。我们现在就来了解一下科学家如何把一个纯理论的概念搬到实验室中的。不过放心，这里面并没有真正的猫会受到伤害。

认识薛定谔猫

1935年，奥地利物理学家薛定谔提出了著名的“薛定谔猫”佯谬。

薛定谔假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的不透明盒子里，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。在你打开这个盒子之前，你无法的得知镭到底有没有发生衰变，猫究竟是死还是活。从我们的观点来看，猫既死又活。

从量子力学的角度来看，在我们打开盒子之前，放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫处于生或死的叠加状态，这就是所谓“薛定谔猫”。量子叠加态也是量子计算机的基础。

当然，当盒子被打开时，我们无法改变已经发生在盒子里的现实，要么死要么活。在现实中，这里只有一个选项，但是在我们观测这样的现实之前，两种可能都是存在的。科学家已经成功使多粒子构成的系统达到量子薛定谔猫态（简称猫态）。由于这些粒子都属于同一种粒子，因此又被称为单模式猫态。

下面的视频能够更好的帮助你了解薛定谔猫：

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同处两地的薛定谔猫

现在我们已经了解了薛定谔猫的基础。科学家成功的把薛定谔猫搬到了实验室内，不过并不是用真正的猫，取而代之的是电磁波。

量子粒子可以存在叠加态，这也为薛定谔猫实验提供了可行性。如同这些粒子，科学家也可以利用电磁波来实现这个实验。比如一个光子，可以同时存在水平偏振和竖直偏振。在对这个光子测量之前，光子会保持这样的叠加态，直到测量后光子选择了一个态。

通常，在盒子里的电磁波会发生振荡，这就好像钟摆来回的摇摆。但是也可以在盒子里引进一个相反的波，制造一个猫态，让它们看起来同时在做相反的事情。这就像钟摆同时向左摆动但也向右摆动。

这次美国耶鲁大学的研究人员更进一步，如果有两只猫呢？该团队产生的量子态可以比作一只薛定谔猫跨越了两个盒子，或者说是首次实现了一种双模式猫态。

他们设计了两个超导空腔（即盒子），在空腔里可以释放微波，微波在空腔内到处弹跳。两个空腔由超导蓝宝石芯片和铝制电路连接，电信号可以在该隧道中传播。把芯片想成一个启动-关闭开关的功能。当开关为启动时，隧道就打开了，与关闭时空腔内的微波相比，微波会以不同的频率振荡。

尽管是在量子世界里，让开关同时处于启动和关闭也是可行的，一旦这样的事情发生，两个空腔将会同时拥有不同频率的微波。

如果连接两个盒子的开关完全被关掉，研究人员发现在两个盒子中的光子仍然是连接的。我们知道由电磁波组成的猫态总是拥有偶数的光子，所以他们对盒子内的光子数量进行测量。如果分开测量，两个盒子内有时候拥有偶数的光子有时候拥有奇数的光子。但是如果把两个盒子加起来，他们总是会获得偶数的光子。这就意味着当你把两个盒子结合在一起的时候，你就会得到一只真正的薛定谔猫，这就如同一只薛定谔猫同时存在于两个盒子之中。

量子纠缠

这怎么可能呢？这其中的魔力是量子力学的另一个非常重要的基本概念——量子纠缠。量子纠缠允许相隔很远的两个系统可以瞬间相互影响，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。

回到现实中，这意味着两个空腔中的电场会一直被同步，这对那些正努力研发量子计算机的科学家来说是一个好消息。

量子计算机一个主要的障碍就是在运算中误差会不可避免的发生，因为与外界环境的作用会使比特的量子性质受到污染。因此要实现有用的量子计算机，量子纠错能力必不可少，双模式猫态会比其它形式的比特能够更有效的进行纠错。此次的研究将有助于量子计算机和其它量子信息技术的发展。

（点击阅读原文可查看原论文）

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