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新手已上路木蟲(chóng) (職業(yè)作家)
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量子“薛定諤的貓”將成現(xiàn)實(shí)？至少“薛定諤的細(xì)菌”不遠(yuǎn)了 已有1人參與
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來(lái)自清華大學(xué)與美國(guó)普渡大學(xué)的物理學(xué)家設(shè)計(jì)出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以把活的生物體同時(shí)放在兩個(gè)不同位置上。 科學(xué)家的目標(biāo)是把一個(gè)普通的微生物放在不確定的疊加態(tài)上，這與處于“既是死的又是活的”疊加態(tài)上的薛定諤的貓有著異曲同工之妙。不過(guò)他們只打算讓細(xì)菌的位置處于不確定狀態(tài)，而不用讓細(xì)菌像薛定諤的貓那樣處于驚心動(dòng)魄的“生死邊緣”。 “把活著的生物體同時(shí)放在兩個(gè)位置，這該有多炫酷呀！”來(lái)自美國(guó)普渡大學(xué)的物理學(xué)家李統(tǒng)藏說(shuō)，“在很多童話故事里，仙女可以同時(shí)處在兩個(gè)位置，或者在兩個(gè)位置之間瞬時(shí)移動(dòng)，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)描述的狀態(tài)就與此類(lèi)似——雖然對(duì)象是個(gè)微生物，而非仙女�！彼膱F(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)交叉信息研究院的尹璋琦合作，完成了這項(xiàng)工作。 量子力學(xué)原理允許物體同時(shí)處在兩個(gè)不同狀態(tài)形成的“疊加態(tài)”（superposition）上，這一原理有助于造出可以同時(shí)解決多個(gè)問(wèn)題的量子計(jì)算機(jī)。 埃爾溫•薛定諤（Erwin Schrödinger）在1935年提出了那項(xiàng)著名的思想實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中， 一只貓被關(guān)在一個(gè)密閉的盒子里，與它一起的還有一個(gè)小的射線源、蓋革計(jì)數(shù)器、一個(gè)錘子和一小瓶毒藥。如果放射源中有一個(gè)原子衰變了，蓋革計(jì)數(shù)器就會(huì)引發(fā)設(shè)備釋放毒藥，因此貓的狀態(tài)就與放射性材料的狀態(tài)相“糾纏”。由于原子的衰變無(wú)法預(yù)測(cè)，此時(shí)的貓就處在活著與死去的疊加態(tài)上。 “雖然這個(gè)想法引發(fā)了無(wú)數(shù)人的興趣，但至今無(wú)人實(shí)現(xiàn)一個(gè)活著的有機(jī)體的量子疊加態(tài)，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一種直接的方法，把微生物放在兩個(gè)空間態(tài)的疊加態(tài)上，也就是說(shuō)，該微生物會(huì)同時(shí)位于兩個(gè)地方�！崩罱y(tǒng)藏說(shuō)。 “這將是人類(lèi)首次讓生物體實(shí)現(xiàn)量子疊加態(tài)�！彼a(bǔ)充道。他們將研究的細(xì)節(jié)寫(xiě)成論文，發(fā)布在論文預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上（http://arxiv.org/abs/1509.03763） 李統(tǒng)藏及其合作者設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是基于2013年科羅拉多大學(xué)研究者的一項(xiàng)工作，后者找到了一種方法，可以讓振動(dòng)的鋁膜處在疊加態(tài)上�！拔覀兊挠�(jì)劃就是把微生物直接放在這張鋁膜上。如果鋁膜處于疊加態(tài)，上面的微生物自然也處于疊加態(tài)了�？偟脑砭褪沁@樣，非常簡(jiǎn)單。”李統(tǒng)藏說(shuō)。 研究者還設(shè)計(jì)了一項(xiàng)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，讓微生物的位置與它內(nèi)部一個(gè)電子的自旋互相糾纏。“第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)就是讓這個(gè)系統(tǒng)變得有用——可以用來(lái)探測(cè)微生物中的DNA和蛋白缺陷，并以單個(gè)電子自旋的精度來(lái)對(duì)微生物成像�！崩罱y(tǒng)藏說(shuō)。 李統(tǒng)藏等人希望能把這個(gè)實(shí)驗(yàn)付諸實(shí)踐，但在這個(gè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的科學(xué)家們有更好的實(shí)驗(yàn)條件，因此他希望與別人合作。“如果量子電機(jī)學(xué)領(lǐng)域的頂尖團(tuán)隊(duì)能夠集中精力做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的話，我認(rèn)為，不出三年我們就能把一個(gè)活的微生物放到量子疊加態(tài)上了�！彼f(shuō)。（撰文：伊恩•桑普爾（Ian Sample） 翻譯：丁家琦 審校：韓晶晶） |
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2樓2016-05-03 16:59:22
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