微观世界扔“硬币”“量子漫步”从理论到现实

　　微观世界扔硬币量子漫步从理论到现实　　根据随机漫步理论，每完成一阶段的抛硬币后确定的位置，很少出现偏离原始出发点太左或太右

　　微观世界扔硬币量子漫步从理论到现实

　　根据随机漫步理论，每完成一阶段的抛硬币后确定的位置，很少出现偏离原始出发点太左或太右的情况。

　　你扔出一枚硬币，硬币要么正面朝上，要么背面朝上。但是在微观情况下，事情并非完全那么确定。如果你扔出的是一枚原子硬币，那么你得到的可能是一种正面和反面的叠加态。但是，这样的情况只是发生在你不在观察硬币的时候。如果你去观察，呈现在你眼前的可以是正面也可以是反面，随你喜欢而定。如果你像抛硬币一样扔出一个量子粒子，你就会看到不同寻常的效应。德国波恩大学的物理学家首次在铯原子实验中展示了这种效应。他们的研究结果刊登在7月10日出版的《科学》杂志上。

　　我们来假设下面的实验：将一枚硬币放在一名测试者手中，我们权且将这名测试者叫做小王，小王现在的任务就是把硬币多抛几次。当硬币正面朝上时，小王就向右跨一步；相反，当硬币背面朝上时，小王就向左跨一步。小王抛完10次硬币后，我们来观察小王的位置在哪里。这时，我们会看到小王距离第一次抛出硬币的地方并不会太远，因为通常情况下硬币出现正面和反面的机会大致相等。如果小王想要抛完10次硬币后，往右走出10步，这样的情况一般都不会发生。

　　我们再来假设小王是一个非常耐心的人。他非常耐心地成功抛完了1000次硬币。每走一步，他都会记下自己的位置。当实验结束时，我们将结果做成一个图表，得到的将会是一个典型的钟形曲线（亦称正态分布曲线）。每扔完10次，小王都会发现自己接近于原始出发点，很少发现自己偏离原始出发点太左或太右。

　　这个实验被称为随机漫步，这种现象可在许多现代科学领域（如布朗运动）中发现。在量子物理世界中，类似现象则有一个新的有趣特性，叫做量子漫步。直到目前为止，量子漫步或多或少还只是一个理论架构，现在，波恩大学的物理学家终于首次实际执行了这样的量子漫步。

　　实验通过使用激光束组成的光镊操纵一个铯原子来实现，激光束同时扮演漫步者和硬币的角色。铯原子能呈现出不同的量子力学态，这有点像硬币的正面或是反面朝上。但在微观层面，情况要稍许复杂一些，因为量子粒子能够以不同状态的叠加态存在。这种情形基本上就是一种有一点正面朝上，又有一点反面朝上的状态。物理学家将其称为态叠加。

　　通过使用激光束组成的传送带，波恩大学的物理学家将铯原子拉向两个相反方向，正面部分向右，反面部分向左，如此将两个状态分开了近数千分之一微米。之后，科学家们再次抛出硬币，将两种状态的每一个都变成了正面和反面的叠加态。

　　铯原子经过数次这样的量子漫步后就基本上延伸到了任何地方。只有当你去观测时才会得到确定的位置。其位置的出现概率主要由量子力学的第二效应决定。这是基于原子的两个部分能自我加强或是自我毁灭，光物理学家称这种现象为干扰。

特别说明：由于各方面情况的不断调整与变化，360高考网所提供的所有考试信息仅供参考，敬请考生以权威部门公布的正式信息为准。如有出入，欢迎大家予以指正！

【挑错 】【推荐】【打印】