世界量子デー丨量子測定と通常の測定の違いは何ですか？

4月14日は世界量子デーです。なぜこの日を選んだのですか?これは、自然界で最も基本的な定数の 1 つであるプランク定数が、およそ 4.14 倍の 10-15 電子ボルト秒に等しいためです。プランク定数は私たちを量子の世界へと導きます。

今日はその応用の 1 つである量子測定について見ていきます。通常の測定とどう違うのでしょうか？路上で誰かをじっと見つめると、その人をイライラさせ、「何を見ているの？」と聞かれるかもしれません。これを避けることはできますか？できる。いくつかこっそり覗いてみましょう。こうすることで、他の人があなたが見ていることに気づきにくくなります。

言い換えれば、従来の測定はシステムへの影響を最小限に抑えることができます。したがって、古典物理学では、測定は技術的な手段であり、物理理論の一部ではありません。しかし、量子の世界では物事はそれほど単純ではありません。あなたの測定値によってシステムが変わります。これは、特定の波長の光でシステムを調べると、

光のエネルギーの最小単位は光子であり、光子を 2 つに分割することはできません。

写真はTuchong.comより

これはプランク定数 414 とどのような関係があるのでしょうか?光量子はプランク定数を導入するものです。プランクの世界的に有名な公式: エネルギーはプランク定数に周波数を掛けたものに等しい。プランク定数は光量子のエネルギーとその周波数の比です。プランク定数 414 の存在は、一般的に言えば、システムへの影響を最小限に抑えることができる古典的な測定ではなく、測定が常にシステムに何らかの妨害を引き起こすことを示しています。したがって、測定を量子力学の理論の一部として考慮する必要があります。

ここで、一般的に言えば、測定はシステムに干渉すると言うのは、実際には、測定がシステムに影響を与えないように洗練された実験を設計することもできるからです。光子を半分に分けることはできませんが、測定では 1 つの光子と 0 つの光子の重ね合わせ状態を利用できます。これを量子非破壊測定といいます。この時点で、哲学的にも驚くべき結論が生まれます。それは、物体にまったく触れずにその物体の特性を検出できる場合があるということです。これは有名な量子爆弾を解除する光子爆弾テストの思考実験です。

量子測定は量子力学にとって非常に重要であり、私たちにとって素晴らしい量子の世界への扉を開きますが、インターネットで描かれているほど魔法のようなものではありません。インターネット上では、観察したいかどうかに関わらず、この欲求が客観的な世界に影響を与えると言う人もいました。量子力学が誕生したのはそれほど昔のことではありませんが、物理学者の中には「意識が測定結果を決定する」という同様のことを考えている人もいます。しかし、これは信頼できません。

ここで強調したいのは、量子測定とは測定機器と量子システムとの相互作用であり、物質と物質との相互作用であるということです。 「測りたい」という発想や「実験結果を見てみたい」という思考活動ではありません。それは私たちの思考と量子システムとの直接的な相互作用ではなく、私たちの精神が物質に直接作用するわけでもありません。インターネット上では、量子測定を唯物論と観念論という基本的な哲学的問題に関する議論に結び付ける人もいますが、これは量子測定の過剰な解釈です。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: 王毅

レビュアー: Zhang Wenzhuo (Quami Quantum の創設者兼 CEO、Mozi サテライト チームの元メンバー)

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司