加拿大科研人員開發(fā)量子性描述數(shù)學方法

    據(jù)報道，由該校物理學家組成的一個團隊開發(fā)出一種新方法，可從數(shù)學角度描述不同物體或系統(tǒng)的“量子性（quantumness）”，即它們以量子方式表現(xiàn)的程度。該研究已于近期在線發(fā)表于《AVS量子科學》期刊（AVS Quantum Science）。

    該研究的第一作者，多倫多大學文理學院物理系在讀博士亞倫·戈德堡（Aaron Goldberg）介紹說：“以前研究人員曾在涉及光的系統(tǒng)中測量過量子性，但我們的方法可廣泛應用于任何量子系統(tǒng)——涉及光、原子、分子甚至是這些物質的組合系統(tǒng)。”

    量子物理學所描述的亞原子世界與牛頓經(jīng)典物理學定律所描述的世界大不相同。在量子世界中，亞原子粒子僅具有可能（probable）的位置和速度，而光具有波粒二象性。亞原子粒子可以通過看似不可穿透的屏障進行量子隧穿（quantum tunnel）。粒子可以在很遠的距離上實現(xiàn)相互鏡像，即量子糾纏。這些特征定義了對象的“量子性”。

    戈德堡說，許多人最初認為經(jīng)典與量子之間有明顯的區(qū)別是物體非此即彼。但是隨著對量子領域認識的不斷深入，人們的看法改變了?？茖W家多年來進行了越來越復雜的實驗，但未能發(fā)現(xiàn)兩者之間的明顯界限。現(xiàn)在流行的理論是量子力學可以描述從光子到臺球再到行星的所有事物。

    戈德堡指出，“實際上可能存在無限數(shù)量的量子度（an infinite number of degrees of quantumness）”。

    例如，一個臺球實際上是一個量子物體，可以穿過桌邊。但是這種情況只有當臺球中原子和分子的量子態(tài)完全對齊時才會發(fā)生。因為臺球中原子和分子的數(shù)量極大，因此這種現(xiàn)象發(fā)生的可能性極小。

    戈德堡及其合作者研究了從經(jīng)典到量子光譜（classical-to-quantum spectrum）的量子端，并確定了兩個最高的量子度（degrees of quantumness），將其標記為“國王”和“王后”。戈德堡認為，這項成果只是漫漫長路的第一步，他和同事們正在世界各地實驗室團隊的幫助下，繼續(xù)探索極端量子態(tài)。

    有關系統(tǒng)量子度的知識可能有助于量子計算機、傳感技術以及物理常數(shù)和其它屬性高精度測量技術的發(fā)展。例如，這項研究可能有助于引力波檢測，因為這種檢測必須精確到質子直徑的萬分之一。

    該研究獲得了加拿大自然科學與工程研究理事會（NSERC）等機構的支持。