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拨开迷雾:量子世界的“波函数”被证实为真? 超导量子处理器上一系列精密的实验数据显示,绝大多数相邻量子比特对的结果都违反了经典隐变量模型的预测,这意味着量子态不再是某种认知上的概率描述,而是具有独立物理意义的真实存在。 “上帝不掷骰子。”这是爱因斯坦对量子力学概率本质的著名质疑。近一个世纪以来,物理学家们围绕量子力学的本质展开了一场无声的战争:量子世界究竟是确定性的,只是我们还没有找到隐藏的规律?还是它本质上就是一个概率的、不确定的世界? 最近,中国科学技术大学的研究团队在《物理评论快报》上发表了一项突破性研究。他们利用IBM的156量子比特超导处理器,成功实现了Pusey-Barrett-Rudolph定理的验证实验。这一成果不仅具有技术突破意义,更在哲学层面上动摇了我们对现实本质的理解。 01 科学谜题 在量子力学的世界里,一个粒子的状态是用“波函数”来描述的。你可以把它想象成一个包含各种可能性的概率云,描述着粒子可能处于的各种状态及其概率。但长期以来,一个问题困扰着物理学家: 波函数究竟代表了什么? 是粒子本身真实存在的状态,还是仅仅是我们对粒子认知不完整的一种数学描述? 这不仅仅是语义上的争论,而是触及现实本质的核心问题。如果波函数只是认知工具,那么量子世界背后可能隐藏着某种我们尚未发现的确定性规律;如果波函数本身是物理真实,那么量子世界本质上就是概率性的、不确定的。 量子力学的奠基人之间对此有着截然不同的看法。玻尔、海森堡等哥本哈根学派认为波函数是完备的描述;而爱因斯坦、薛定谔等人则怀疑,量子力学背后可能存在着某种“隐变量”。 02 理论突破 2012年,三位物理学家Pusey、Barrett和Rudolph提出了一个精巧的理论论证——PBR定理。这个定理的核心思想是:如果波函数仅仅是关于系统的不完整知识,那么在某些特定的实验设置下,将产生可检验的预测矛盾。 PBR定理通过设计一系列巧妙的实验,将这个问题从哲学思辨转化为可检验的科学假设。在PBR设想的实验中,研究人员可以准备两个“非正交”的量子态,即不完全相同也不完全相反的量子状态。如果波函数只是认知描述,那么对这两个状态进行适当的联合测量,理论上应该能够得到某些结果。
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