量子りょうし芝しば诺效应

量子りょうし芝しば诺效应（也称为图灵悖论），是ぜ一种量子效应：如果我わが们持续观察一个不稳定的粒子，它将不ふ会かい衰おとろえ变。我わが们可以通过足够高频率的てき观测来らい使つかい其“冻结”在ざい它的已やめ知し初はつ态。

量子りょうし芝しば诺效应的名字みょうじ起源きげん于经典てん的てき芝しば诺悖论。芝しば诺悖论提出ていしゅつ：一个飞行中的箭矢在任意一个时刻都是静止在空中的，所しょ以它不可能ふかのう处于运动状じょう态。类比于经典てん芝しば诺悖论的该量子りょうし效こう应在1977年ねん由ゆかりGeorge Sudarshan和わBaidyanath Misra在ざい一いち篇へん文章ぶんしょう中ちゅう提出ていしゅつ。

描述

不ふ稳定的てき量子りょうし系けい统在短たん时间内的ないてき表ひょう现有可能かのう会かい不同ふどう于指数すう衰おとろえ减。 这种现象就会使し得え在ざい非ひ指数しすう衰おとろえ减期间的高だか频率观测将はた可か以抑制よくせい系けい统的衰おとろえ减，也就是ぜ量子りょうし芝しば诺效应。另外，也有やゆう研究けんきゅう指出さしで，过高频率的てき观测也可以导致系统衰减的加速かそく。

量子力学りょうしりきがく中ちゅう，所しょ谓的“观测”将はた产生经典力学りきがく的てき物理ぶつり量りょう。高こう频率的てき观测会かい减缓系けい统的跃迁。这种跃迁可か以是指ゆび粒子りゅうし从一个半はん空そら间到いた另一个（例れい如原子げんし反射はんしゃ镜或ある者もの原子はらこ德いさお布ぬの羅ら意い顯微鏡けんびきょう），也可以是波なみ导中なか光子こうし从一种橫よこ向こう模も態たい到いた另外一いち种，或ある者もの是これ原子げんし中ちゅう系けい统从一いち个量子りょうし态转化到いた另外一いち个。

这种跃迁也可以是量子りょうし计算机つくえ中ちゅう，系けい统从一いち个没有ゆう量子りょうし比ひ特とく退すさ相あい干ひ损失的てき子こ空そら间，变成有ゆう一个量子比特损失的过程。 这种情じょう况下，通つう过判断はんだん退すさ相あい干ひ过程是ぜ否ひ发生就可以进行ぎょう对量子りょうし比ひ特とく的てき纠错。

这些过程都と可か以被认为是ぜ量子りょうし芝しば诺效应的应用。一般いっぱん来らい讲，这种效こう应通常つうじょう只ただ发生在ざい量子りょうし态可分ぶん辨べん的てき的てき量子りょうし系けい统中，也就是ぜ说一般不能在经典或宏观过程中发生。

对量子りょうし系けい统进行ぎょう周期しゅうき性せい的てき观测

我わが们考虑一个二に能のう级量子りょうし系けい统处于一个量子りょうし态A，该量子りょうし态是某ぼう个测量りょう算さん符ふ的てき本ほん征せい态。随ずい着ぎ时间的てき演えんじ化か，该系统将以一个确定的概率衰退到量子态B。 如果我わが们对该系统进行ぎょう周期しゅうき性せい的てき观测，每次まいじ观测间隔一个有限的间隔。那な么每次じ观测将しょう使し得とく波なみ函数かんすう坍缩到测量算さん符ふ的てき一いち个本征せい态。 在ざい相あい邻两次じ的てき观测中ちゅう间，系けい统将从本征せい态演化か为两个本征せい态的叠加。当とう我わが们再次じ观测叠加态时，它将坍缩到其中一いち个本征せい态。 但ただし是ぜ，如果系けい统演化か的てき时间$t$足あし够短，那な么叠加か态波函数かんすう坍缩变成另一个本征态的概率将正比于$t^{2}$。 因よし此，如果相しょう邻两次じ观测的てき时间间隔趋近于0，则系统跃迁到量子りょうし态B的てき概がい率りつ也将为0。

根ね据すえ量子りょうし退すさ相あい干ひ理り论，波は函数かんすう的てき坍缩并不是ぜ一个瞬时的过程。一いち次じ观测过程等とう同どう于将量子りょうし系けい统与周しゅう围的环境进行短たん时间的てき强烈きょうれつ耦合过程，持もち续的耦合过程等とう同どう于观测。 波なみ函数かんすう坍缩所しょ需要じゅよう的てき时间依赖于量子りょうし系けい统与环境耦合退すさ相あい干ひ所しょ需要じゅよう的てき时间。耦合越こし强つよし，退すさ相あい干ひ时间越えつ短たん，那な么波函数かんすう坍缩的てき就越快かい。 在ざい退すさ相あい干ひ的てき绘景中ちゅう，一个完美的量子芝诺效应实现方法是，让量子りょうし系けい统持续的与あずか无限杂乱的てき环境进行无限大だい强度きょうど的てき耦合。

实验和わ讨论

实验上じょう，通つう过使量子りょうし系けい统与环境的てき耦合，以抑制よくせい量子りょうし系けい统的演えんじ化か，在ざい多た种微观系统中已やめ经被观测到。

1989年ねん，戴维·瓦かわら恩おん兰和かず他た在ざいNIST的てき研究けんきゅう小しょう组观测到了りょう二能级系统中的量子芝诺效应。 约5000个⁹Be⁺离子被ひ存そん储于圆柱形がた的てきPenning trap中なか，并且使用しよう激げき光こう冷却れいきゃく致250 mK以下いか。 实验使用しよう了りょう共振きょうしん的てき射い频(RF)来らい驱动这个系けい统，在ざい没ぼつ有ゆう其他激げき光こう的てき影かげ响下，它可以将全部ぜんぶ粒子りゅうし激げき发到激げき发态。 当とう启动了りょう射しゃ频之后きさき，实验进行了りょう对激发态自じ发辐射光しゃこう子こ的てき监控，以判断はんだん有ゆう多少たしょう离子处于激げき发态。 在ざい射い频过程ほど中ちゅう，离子阱被周期しゅうき性せい施ほどこせ加か的てき紫むらさき外がい脉冲“观测”。 实验结果与あずか理り论模型がた符合ふごう很好，施ほどこせ加か的てき紫むらさき外がい脉冲抑制よくせい了りょう量子りょうし系けい统向激げき发态的てき演えんじ化か。 另一篇近期的期刊也描述了该方面的后续结果。

量子りょうし芝しば诺效应也被ひ应用于SERF，和かず鸟类的てき磁致导航系けい统(Magnetoreception)。

现在，根ね据すえ海うみ森もり堡不ふ确定原理げんり，人にん们并不ふ确定超ちょう高こう频率和わ超ちょう短たん时间的てき观测的てき极限到底とうてい是ぜ多少たしょう。有ゆう研究けんきゅう显示，有限ゆうげん频率的てき观测可か以获得とく任意にんい强度きょうど的てき芝しば诺效应。 2006年ねん，Streed 与あずか合作がっさく者しゃ在ざいMIT观测到芝しば诺效应也依赖于测量脉冲的てき具体ぐたい性せい质。

这些“芝しば诺效应”的てき实验解かい释有助じょ于理解りかい这一类现象发生的原因，但ただし是ぜ这些理り论解释并没ぼつ有ゆう带来薛定谔方程ほど所ところ不能ふのう描述的てき新しん的てき量子りょうし物理ぶつり特性とくせい。

有ゆう时，超ちょう高こう频率的てき“芝しば诺效应”实验观测，并没有ゆう得え到いた理想りそう的てき实验结果。

有ゆう研究けんきゅう指出さしで，量子りょうし芝しば诺效应仍然しか存在そんざい于量子力学りょうしりきがく的てき多た世界せかい诠释中なか（相あい对于前面ぜんめん提ひっさげ到いた的てき波なみ函数かんすう坍缩解かい释）。