测量与量子—经典边界
量子芝诺效应
量子芝诺效应,是一个出人意料的事实:足够频繁地观察一个量子系统,往往能把它几乎冻结在原处。若任其自然,一个处于确定状态的系统会逐渐漂移成与其他状态的叠加,一旦被测量,就有可能在别处被发现。但如果你在制备之后很快就去测量,几乎总会发现它仍停在出发的地方,而测量这一动作又把计时重新归零。一次又一次、足够快地测量,系统便几乎毫无机会演化离开。
这个效应依赖于量子概率在极短时间内累积方式的一个微妙特征。在一次测量之后的紧邻时刻,发生改变的概率并不正比于流逝的时间,而是正比于时间的平方——因此对极小的间隔而言,它小得出奇。把演化切成许多极小的、被测量过的间隔,你便能在那点小概率有机会累积起来之前一次次把系统逮住;随着测量越来越频繁,净变化趋于零。
这个名字呼应了芝诺那个古老的佯谬:一支箭逐瞬审视时似乎从不移动。其量子版本是真实的,已在被囚禁的离子和原子中被观测到,且不只是哲学:它是量子工程师用来保护脆弱状态的一件工具。还存在一个镜像式的「反芝诺」效应——频繁的测量反倒加速衰变——究竟出现哪一种,取决于其中精确的时间安排。
survival probability ≈ 1 − (t/τ)² for short t ⇒ frequent looks freeze the state
由于改变的几率起初按 t² 增长,反复的快速测量会在它累积起来之前不断将其重置。
冻结系统的并非神奇的「注视」,而是测量这一物理相互作用把它投影回初始状态。在不同的时间安排下,相反的「反芝诺」效应反而会加速变化。
又称
另见