研究人员描绘了量子粒子的秘密运动

剑桥大学的研究人员已经了解了量子力学的秘密领域。在发表在物理评论A期刊上的一篇理论论文中 ，他们已经证明了粒子与环境相互作用的方式可以用来追踪量子粒子在被观察时的情况，这被认为是不可能的。

量子理论的基本思想之一是量子物体既可以作为波也可以作为粒子存在，并且它们在测量之前不会作为一个或另一个存在。这是ErwinSchrödinger用他着名的思想实验进行说明的前提，这个实验涉及一只盒子里有一只死去或未死的猫。

“这个前提，通常被称为波函数，被用作数学工具，而不是实际量子粒子的表示，”剑桥卡文迪什实验室的博士生David Arvidsson-Shukur说道，该论文的第一作者。“这就是为什么我们接受挑战，创造一种追踪量子粒子秘密运动的方法。”

任何粒子都会始终与其环境相互作用，并在此过程中对其进行“标记”。Arvidsson-Shukur与他的共同作者卡文迪什实验室的Crispin Barnes教授和经济学院的博士生Axel Gottfries合作，为科学家们提供了一种方法，让他们可以在不看它们的情况下绘制这些“标记”交互图。该技术对于在实验结束时进行测量但希望在完整实验期间跟踪粒子运动的科学家是有用的。

一些量子科学家已经建议信息可以在两个人之间传播 - 通常被称为爱丽丝和鲍勃 - 没有任何粒子在他们之间传播。从某种意义上说，爱丽丝会通过心灵感应获取信息。这被称为反事实沟通，因为它违背了公认的“事实”，即要在信息源之间传递信息，粒子必须在它们之间移动。

“为了衡量这种反事实沟通的现象，我们需要一种方法来确定爱丽丝和鲍勃之间的粒子在我们不看的时候，”Arvidsson-Shukur说。“我们的'标记'方法可以做到这一点。此外，我们可以验证量子力学的旧预测，例如，粒子可以同时存在于不同的位置。“

现代物理学的创始人设计了公式来计算量子实验不同结果的概率。然而，他们没有提供任何关于量子粒子在没有被观察时做什么的解释。早期的实验表明，粒子在未观察到的情况下可能会做非经典的事情，就像同时存在于两个地方一样。剑桥研究人员在他们的论文中考虑了这样一个事实：任何穿过太空的粒子都会与周围环境相互作用。这些相互作用就是他们所说的粒子的“标记”。这些相互作用对粒子中的信息进行编码，然后在测量粒子时，在实验结束时对其进行解码。

研究人员发现，粒子中编码的这些信息与Schrödinger一个世纪前所假设的波函数直接相关。以前，波函数被认为是预测量子实验结果的抽象计算工具。“我们的结果表明波函数与粒子的实际状态密切相关，”Arvidsson-Shukur说。“因此，我们已经能够探索量子力学的'禁区'：在没有人观察量子粒子的时候，确定量子粒子的路径。”

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