量子力學中一個重要的概念是“態(tài)疊加”，而基于此最為著名的思想實驗莫過于“薛定諤的貓”：小貓被關(guān)進一個裝有毒氣觸發(fā)裝置的箱子里面，里面還有50%可能會衰變的原子，如果原子衰變了，放射出來的粒子就會觸發(fā)毒氣讓小貓死亡。

要進行觀測，就需要打開箱子，而我們所觀測到的貓，要么是活著的，要么已經(jīng)獻身于科學了；而我們?nèi)羰遣淮蜷_箱子，小貓按照量子力學的理論，是既死又活的，用精確的語言描述，是處于“死”│0>和“活”│1>兩個狀態(tài)的疊加。我們觀測到的，要么是│0>要么是│1>，而不可能是│0>和│1>的疊加——a*│0>+b*│1>：只要觀測，疊加態(tài)便不復存在。

注：│>是狄拉克符號的右矢量，代表狀態(tài)，│1>可以想象成1，但不是自然數(shù)的1。

有趣的是，這個思想實驗本來旨在駁斥哥本哈根基于概率的量子力學解釋的荒謬性，可歷史車輪滾滾，哪想到后來卻被作為解釋疊加態(tài)的必要小菜，還補充說明了量子力學在宏觀尺度下由于不確定性原理：一切都歸于確定，不會真有既死又活的宏觀小貓存在。

那么，有沒有可能進行不用打開箱子的間接觀測呢？數(shù)學上已經(jīng)證明這種被稱為“弱觀測”的觀測是完全可能的。這種觀測不是直接觀測到│0>或者│1>，而是通過觀測某個量子系統(tǒng)的其他信息，間接推測出來這個量子系統(tǒng)處于什么樣的疊加態(tài)。

然而，直到最近，都沒有實驗真正做到了數(shù)學理論預測的結(jié)果。去年，麻省大學波城分校的K.Jacobs所領導的小組設計了一個可能實現(xiàn)這個理論的實驗。今年，加州大學伯克利分校的R.Vijay所領導的小組完成名為《量子位的量子反饋控制》的弱觀測實驗(論文PDF)，其結(jié)果被發(fā)表在了今年10月的《自然》上，論文的第二作者C.Macklin也在reddit上開了一個IAmA帖子介紹這個研究成果。

這個實驗干了一件什么事情呢？首先，我們觀測的對象是一個超導回路，由于超導體的特殊性質(zhì)，這個回路能儲存一個量子位(qubit)的信息。——經(jīng)典的比特位只能是0或者1，而量子位可以是0和1的疊加態(tài)。

接著，這個回路進入了│0>態(tài)和在│1>態(tài)之間的高頻振動狀態(tài)，使得系統(tǒng)會經(jīng)歷所有的疊加態(tài)。然后，我們開始測量這個振動的頻率，而不是去觀測這個振動在某一時刻處于│0>或者處于│1>，或者是兩者之間的某個狀態(tài)。

但天理難撼，這個基于頻率測量的弱觀測依然會破壞疊加態(tài)，對回路的振動頻率有不可預知的隨機擾動，不過，R.Vijay小組的博士生們巧妙的設計了一個“循環(huán)回饋機制”(feedback control loop)，某次觀測會對振動進行擾動，但是在振動被這次觀測隨機擾動的同時，回路中的回饋系統(tǒng)會產(chǎn)生一個回饋信號，抵消掉觀測對回路的狀態(tài)的隨機影響，于是乎，實驗成功實現(xiàn)了“觀測→擾動→回饋→回到正?！儆^測”的循環(huán)，并且基本正確測量出了超導回路應該有的高頻振動。

實驗的結(jié)果并不是最完美的，但卻在測量量子位的疊加態(tài)上邁出了一大步，人類正往實現(xiàn)量子計算機的道路上前進著。

[文章糾錯]