遇事不决，量子力学！！！
春节在家里，想跟风了解下最近火热的量子计算机是在讲啥， 兜兜转转看了不少量子力学的科普文章和书籍，感觉很有意思特此 整理相关的读书笔记。
首先推荐一本近期看的好书：猫、量子力学和密码学，感觉受益匪浅。 之前虽然看过那本著名的 “上帝掷骰子吗” ，但感觉大多数时间都在关注科学大咖的逸闻趣事和八卦， 真正硬核的内容并不多。当然，该书的畅销某种程度上也正因如此。 《猫、量子力学和密码学》虽然文风很通俗，但却把重点放到了理论/实验本身， 更多的在阐述这个领域发展脉络，里程碑实验和相关推论，(最后有一点关于密码学的知识也很有趣)。 总体而言，这本书更为 “硬核” 一点，本文也大部分属于读了此书的读书笔记， 以及上网搜集了一些对类似材料的补充说明。
光的二象性
光是粒子，也是粒子。光有时表现出粒子的特性，例如反射和折射，以及光电效应。 光有时表现出波的特性，例如双峰干涉实验。
双峰实验是量子实验的主线，有如下一系列实验:
(将光通过双缝打在屏幕上，斑马条纹表示光是波，两道杠表示光是粒子将光通过双缝打在屏幕上，斑马条纹表示光是波，两道杠表示光是粒子)
-
Baseline实验: 标准的光双峰衍射实验，光通过两道窄缝，获得斑马条纹。
-
光子点射实验: 每次只发出单个光子，获得斑马条纹。说明单个粒子，依然具有波的性质。
-
光子观察实验: 在屏幕前加装摄像头，对光子进行观测。获得两道杠。这表明了，观测影响结果。
-
延迟选择实验: 事先没有摄像头，在光子穿过缝对时刻，突然加上摄像头。或者，之前架好摄像头， 在光子穿过缝对时刻，突然撤掉摄像头。结果: 只要最后架了摄像头，看清光子的来路，一定是两道杠。 这表明，光子以波还是粒子的形式穿过窄缝，受到之后是否架了摄像头（观测）的影响， 从而得出了未来影响过去的结论。这和直觉非常不符。
量子世界中，一切事物都可以处于叠加态。观测可能导致叠加态 “塌缩” 到某个固定态。
-
量子擦除实验：在双峰口处，对量子进行标记(等效于加摄像头)，在屏幕上观察量子的轨迹。 但区别在于，标记可以擦除。一次标记，会得到两道杠，两次标记(标记+擦除)会得到斑马纹。这表明: 仪器对光子造成干扰，从而导致其塌缩的结论是错误的。
-
量子延迟擦除实验: 实验分成实验室和观察室两个部分。光子通过BBO，一分为二(相当于复制了一份)， 分别打向实验室和观察室。光在平板上成像的部分，属于实验室。观测部分属于观察室。 观察室大体上复现了实验5，通过一套控制擦除的装置，可以认为选择路径被观测 or 不可观测。 但这个实验设计的巧妙之处是，实验室和观测室在时间上是独立的(光速再快也是有限的)。 因此，可以实验室成像后很久才在观察室改变其状态，从而导致未来能改变过去发生的事情 or 能预知未来。 与宏观认知相悖。实验结论很有意思，在实验室平板成像糟乱无章（其实是两个双峰的叠加，一个双峰的亮区刚好填补在另一个的暗区）。 如果观测发生，将通过光峰的光子区分开（例如每次两个光子中左缝标记为蓝区），则可从杂乱的像中筛出蓝色图像，刚好是一个双峰衍射的斑马纹。
这个实验的更多介绍和讨论。 https://www.zhihu.com/zvideo/1381317379989770240
某种程度上来讲，这个实验也可以解释量子纠缠:
粒子纠缠
红蓝两束光是由一对对纠缠在一起的红蓝光子组成的，将红光和蓝光偏折到不同的角度上， 然后红光通过一个狭缝从而在面板上形成对应图案。由于量子纠缠，蓝光也应该在面板上打出同样的图案。(感觉这里我自己还没有理解得很清楚) 这表明，红光的信息可以瞬时传递到蓝光中，完成了信息的超光速传输。 这显然是错误的。因为蓝光输出的图案隐藏在整个光子下。只有把红光穿过狭缝的光子信息传递给蓝光(告诉蓝光哪些光子是穿透了的)才能获得对应的图案。 而这个信息传递过程只能用小于光速的方式传递。从而并不能实现图案的超光速传递。
(这个实验看上去有点绕，我可能也就只能理解到这里了😭😭😭)
测不准原理
宏观物理中，位置和速度是独立的变量，我们可以独立的测量(观测)。但在微观世界下， 我们不能同时准确的测量一个粒子的位置和速度 (二者测量误差之乘积不小于某个固定常数)。 这很好理解，因为”测量”操作本身，就包含了对运动物体的影响。例如当你看到某个物体时， 是光子打到该物体上折射进入你的视网膜导致的。在微观世界里，单个粒子尺度和光子相当， 因此不可任务测量这一行为对物体是无影响的。（这点和宏观世界很不一样）
薛定谔的猫
薛定谔的猫实验：在一个封闭的盒子里，有一只猫，和一个装满毒气的装置。 装置有50%的概率开启，如果开启的话，装置内的毒气会杀死盒子里的猫。
这个看似平常实验为什么如此有名，到底神奇在哪里？
这个50%概率开启的装置是有一个基本围观粒子控制的，例如半衰导致了一个阀门的开启。 这个实验表明了，微观和宏观之间并没有一道完全明显的界限。微观量子的叠加态，会导致 宏观物质的叠加态。而且之前的量子叠加态原理，可以推导出一只猫同时具有生和死的叠加态。 但当我们进行观测时，这个叠加态会塌缩成 “生” or “死”。这个塌缩过程是我们观测所导致的。 而和我们的直觉想悖 (我们的观测并不会影响到猫本来的状态)。
结束语
书里还有一部分在讲密码学与量子计算机，也很有意思，但这里就先不写了。这本书真心还是蛮有意思的， 初看感觉能理解量子力学，但有几个中午去公司楼下的湖边把里面细节都推敲了一遍， 回来发现我其实完全不理解量子力学，哪怕是一些最最基础简单的概念。
无论如何，量子力学为我们提供了另一个了解这个世界的途径。烧脑的实验也陪伴我度过了些许 无聊的春节假期。
向那些在基础学科默默无闻的研究者们致敬！！
