參考消息網5月7日報道 英國《新科學家》周刊網站4月10日刊登題為《薛定諤的貓從何而來？它為什么會越來越胖》的文章，作者是量子專欄作家卡梅拉·帕達維奇-卡拉漢。文章指出，雖然薛定諤說自己假想中的貓“相當荒謬”，但其所代表的量子奇異性已經成為量子計算行業的實用基準。內容編譯如下：

  幾周前，我和IBM的兩位研究人員擠在一臺筆記本電腦前，觀看他們在一臺量子計算機上創造出的“薛定諤的貓”。據我所知，這事關重大——大到足以證明他們的量子計算機的確值得關注。

  貓的緣起

  當然，這不是一只長著爪子和胡須的真貓，而是一只由微小超導電路——量子比特——構成的所謂的貓。這是量子物理學家一直以來的叫法，借用的是埃爾溫·薛定諤1935年著名思想實驗中的那只貓。

  薛定諤一開始并沒有打算寫一篇關于貓的論文，而是想寫一篇關于“量子力學現狀”的論文。所謂的現狀包含了對如何解釋被稱為疊加態的獨特量子態組合的絕望。當像電子這樣的量子物體處于兩種狀態的疊加態時，如果不直接測量，就無法分辨出哪一種狀態真實存在。

  這就是薛定諤的貓的來歷。在薛定諤的思想實驗中，一只貓被關在一個鋼結構的密閉空間里，它有50%的概率存活下來，同時有50%的概率被這個“惡魔裝置”殺死。薛定諤以半開玩笑的口吻稱，根據量子力學規則，這只貓最后必定是既死又活的疊加態。為了弄清楚貓是活的還是死的，就必須有個物理學家去打開這個密室。薛定諤寫道：“請原諒這種表述，這只貓既死又活，死活各占一半?！?/p>

  薛定諤稱他的貓是一個“相當荒謬的案例”。IBM的研究人員卻尊其為基準。量子時代風向已經發生了翻天覆地的巨變。

  這只量子貓凸顯出，對于量子物體而言，數學理論和現實之間的關系遠未達到清楚明了的程度。由于作為人的我們又大又熱，不像粒子那般，因而在日常生活中根本體會不到這種量子的奇異性。

  物理學家普遍認為，將一只真正的貓置于量子疊加態是不可能的。2021年，一組研究人員聲稱他們制造出了一種極冷的水熊蟲，他們將其置于微小的超導電路中，使它處于“量子糾纏”態。但并不是所有人都能接受這個極端案例。批評人士認為，上述研究人員無法證明水熊蟲的明顯量子特性與超導電路確實是以經典物理學中不可能的方式（糾纏態）相關聯。

  熱度飆升

  近年來，薛定諤的這只貓熱度越來越高。有40年，它只是出現在哲學論文中。然而后來事情發生了轉變，1974年，當紅科幻作家厄休拉·k·勒吉恩發表了一篇短篇小說《薛定諤的貓》，講述的是主人公遇到了一只黃貓，可能就是薛定諤的那只貓。

  在這個故事中，這只貓最后確實被關進了一個裝有邪惡裝置的密室里，但當主人公打開密室時，卻找尋不到它的蹤影——而主人公家的屋頂卻被吹走了，這讓讀者不禁猜測，主人公是否和貓一樣，一直都活在更大的邪惡裝置中。在勒吉恩發表《薛定諤的貓》之后的數年間，薛定諤的貓頻頻出現在科幻小說中。如今，薛定諤的貓成了流行文化中的一個符號，從T恤到咖啡杯，再到《飛出個未來》等動畫片，到處都有這只貓的身影，其含義遠遠超出了勒吉恩所追尋的存在不確定性的標志。

  多年來，薛定諤的貓也一直縈繞在物理學家心頭。例如，物理學家如今非常擅長制造量子疊加態，無論是從極冷的原子、光粒子、量子比特，甚至是與量子鼓并無不同的微觀膜。2023年，研究人員將一個由數千萬億個原子組成的晶體——約為食鹽晶體原子數的百分之一——置于疊加態，創下了處于薛定諤貓狀態的宏觀物體的新紀錄。

  在這樣的實驗中，把原子的數量推到越來越大的數值向我們展示了量子效應可以延伸至多遠。不過，受薛定諤貓啟發的量子態也很實用——這也是我為何會與IBM研究人員坐下來討論的原因。他們的貓名叫格林伯格-霍恩-蔡林格態（GHZ態），是用120個量子比特創造的。

  這些量子比特既處于疊加態，又通過不可分割的量子糾纏關聯在一起。結果可想而知：它們均是兩種互不相容狀態（分別代表0和1的計算值）的結合，這種狀態根本不可能存在于非量子物體中。

  量子未來

  未來，量子糾纏有望成為讓量子計算機在多項任務上超越世界頂尖超級計算機的關鍵因素，而許多計算均使用了GHZ態。任誰有量子計算機，都會希望它能保有足夠大量的GHZ態，所以這通常被用作基準。2024年，我和一位創造了60量子比特GHZ態的研究人員進行了交流，當時他稱他的發明為“最胖”的貓。如今IBM貓的體型是它的兩倍，堪稱名副其實的重量級冠軍。

  IBM團隊成員創造的GHZ態是“合乎邏輯”的，這意味著它可以在計算過程中檢測到量子比特的錯誤。這一點很重要，因為如今的量子計算機在通往真正實用道路上所面臨的最大障礙之一就是犯錯太多。

  我曾經參觀過IBM的一個量子計算設施。那其實是一個非常大的冰室，而不是鋼鐵密室。通常量子計算機就在這個大“冰箱”里，因為這些設備只有在極冷的環境下才能運行。雖沒有薛定諤想象的那么離譜，但也算是一種密室了。

  薛定諤于1961年去世，20年后，保羅·貝尼奧夫和理查德·費曼在第一屆計算物理學會議上分別指出，人類不僅可以建造量子計算機，且如果我們想要完全理解量子的神秘世界，就必須建造量子計算機。這么多年過去了，在如今的量子物理學家和工程師心中，薛定諤的貓仍是揮之不去的課題。這只荒謬的貓終究還是自尋門路，活到了今日。（編譯/劉麗菲）