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量子
对于广大读者来说，我简要回顾一下这段“量子”之旅可能会有所帮助，因为大众媒体经常给人一种感觉，认为 QST 是突然发生的。我必须消除这种印象或信念。量子力学或量子物理学诞生于一百多年前，目的是解释某些似乎是“异常”的现象，根据当时已经获得非常强大结构的古典物理学定律和原理。从马克斯·普朗克的假设开始，量子物理学背后的基本理论原理大约在 20 世纪前 25 年建立起来，薛定谔、海森堡、马克斯·玻恩、尼尔斯·玻尔、狄拉克、冯·诺依曼、爱因斯坦、我们自己的 S.N. 做出了里程碑式的贡献。玻色、泡利、费米和其他几个人。结果表明，自然界在分子、原子和亚原子尺度上按照量子力学定律和原理运行；在日常宏观尺度上则按照经典力学运行。在原子和亚原子尺度上，物质的行为方式与我们日常经验完全相反，但量子力学的预测已被非常仔细和极其精确的实验证明是正确的。所有这些的顶峰就是粒子物理学的标准模型，它似乎解释了我们迄今为止在原子或亚原子领域观察到的一切。通过大量物理学家的持续和杰出贡献，还确定了单个原子和分子在聚集形成宏观系统（如我们熟悉的各种材料）时显然会失去其“个体量子特征”。
2013 年 8 月 25 日至 29 日 - SPIE
众所周知，变换光学程序是精确的——在底层流形变形下麦克斯韦方程的不变性为电磁场的实际成形规定了一个精确的介质配方。为什么该程序在电磁学中如此独特地成功仍然有些不清楚（尽管我们有一个很好的候选猜想，它简明扼要地捕捉了电磁学的数学特征，而这些特征不会延续到声学和水波等中）。因此，如果我们希望开发一种用于变换介质的通用方法，我们必须从精确的场方程下降到与其他物理理论具有共同特征的更近似的理论。最有希望的攻击水平似乎是在射线水平。射线行为的处方开发了给定指数分布的射线。但是，对于给定的射线变形，找到指数分布的逆问题只能针对保角变换给出。尽管存在这种明显严格的限制，但当变换到以各向异性度量为特征的空间时，可以实现显著的泛化。然后，我们可以对任何所需的射线变形进行反演，原则上适用于广泛的物理系统，例如声学、薛定谔波、热波、水波等。事实上，可以解决任何上下文，其中各向异性“指数”可以定义为通量与能量密度的有向比。几何公式化也意味着我们不再受底层欧几里得空间的束缚，例如，可以使用我们的方法来设计球体上的斗篷。我们的方法还定量地评估了所需变形与诱导黎曼曲率之间的关系，进而评估了制造黑洞、白洞、聚光器和许多其他有用设备的标准。此次演讲将具有普遍吸引力，并将设定历史隐形范例的背景，例如 Pendry/Leonhardt 空间隐形斗篷，当然还有时空隐形斗篷。
相关失相通道中引力猫态的量子性
引力猫态，引力场充当着一个环境，其中宏观物体（类似于薛定谔的猫）以不同引力态的叠加存在。这些状态不仅具有理论意义，而且也为实验探索带来了希望，为研究引力和量子力学的相互作用打开了独特的窗口 [6,7]。从历史上看，围绕与此相关的一个基本问题一直存在讨论：我们如何确认引力是否必须被视为一种量化现象，或“为什么我们需要量化一切，包括引力” [8]？此外，是否存在一种普遍适用的实验方法，可以确定引力是否在量子层面上起作用 [9,10]？根据量子信息论的某些观点，有人认为，能够在两个系统之间产生纠缠的相互作用必然具有量子特性。因此，量子引力的一个重要指标是观察到由引力相互作用引起的大质量态之间的纠缠[11,12]。与目前依赖于检测引力介导的纠缠的测试相反，Lami等人[13]最近提出了一种仅关注相干态的新方法。有趣的是，他们的方法不需要产生广泛离域的运动状态或检测纠缠，因为纠缠不会发生在该过程的任何阶段。因此，近年来，引力猫态的研究引起了相当大的关注[14-17]，这受到理论框架和实验技术的进步的刺激。一些研究人员利用引力波探测、量子光学和精密测量技术等工具，提出了各种生成和观察引力猫态的方案。这些努力不仅深化了
量子通信之路
互联网彻底改变了我们的生活。信息理论的突破性发现催化了这场革命，随后集成电路技术的发展也大体上遵循了摩尔定律自 1965 年以来的预测。这一趋势逐渐导致了纳米级集成，量子效应已无法避免。量子域信息的处理必须遵循量子物理学的基本假设，所谓的量子比特或量子位可以表示为逻辑零和逻辑一的叠加。更明确地说，我们可以将这种叠加想象成一个在盒子里旋转的硬币，因此处于“正面”和“反面”的等概率叠加状态，这样我们就可以避免使用著名的薛定谔猫类比这种有些令人不快的引用。打个比方，我们必须在硬币还在盒子里旋转的时候执行所有量子信号处理操作，因为一旦硬币停止旋转，我们就无法再在量子领域“操纵”或处理它——它已经“坍缩”回经典领域。因此，打开盒子的盖子，我们就能看到最终的经典领域结果，要么是“正面”，要么是“反面”。上述量子比特的另一个特性是它们无法复制，因为试图复制它们会导致它们再次坍缩回经典领域，从而阻止它们在量子领域进一步处理。相反，必须使用所谓的纠缠操作。有趣的是，纠缠量子比特具有这样的特性：如果我们改变代表量子比特的电子的自旋，其纠缠对的自旋也会在同一时刻改变。然而，必须指出的是，在撰写本文时，纠缠仅通过依靠在纠缠之前进行的经典域准备操作在实践中得到证明。
2013 年 8 月 25 日至 29 日 - SPIE
变换光学程序是精确的——在底层流形变形下，麦克斯韦方程的不变性为电磁场的实际成形规定了一个精确的介质配方。为什么该程序在电磁学中如此独特地成功仍然有些不清楚（尽管我们有一个极好的候选猜想，它简明扼要地捕捉了电磁学的数学特征，而这些特征不会延续到声学和水波等）。因此，如果我们希望开发一种用于变换介质的通用方法，我们必须从精确的场方程下降到与其他物理理论具有共同特征的更近似的理论。最有希望的攻击水平似乎是在射线水平上。射线行为的处方开发了给定指数分布的射线。然而，对于给定的射线变形，找到指数分布的逆问题只能针对保角变换给出。尽管有这种看似严格的限制，但当变换到以各向异性度量为特征的空间时，可以进行显著的推广。然后，我们可以对任何所需的射线变形进行反演，原则上适用于广泛的物理系统，例如声学、薛定谔波、热波、水波等。事实上，可以解决任何情况，其中各向异性“指数”可以定义为通量与能量密度的有向比。几何公式化也意味着我们不再受底层欧几里得空间的束缚，例如，可以使用我们的方法来设计球体上的斗篷。我们的方法还定量地访问所需变形与诱导黎曼曲率之间的关系，进而访问制造黑洞、白洞、聚光器和许多其他有用设备的标准。这次演讲将具有普遍的吸引力，并将设定历史性斗篷范例的背景，例如 Pendry/Leonhardt 空间斗篷，当然还有时空斗篷。
![arXiv:2106.12295v1 [quant-ph] 2021 年 6 月 23 日](/simg/3\3e277612e9661165cb873e885c21b344524dcbd1.webp)
arXiv:2106.12295v1 [quant-ph] 2021 年 6 月 23 日
自量子物理学诞生以来，人类观察者在波函数令人不安的坍缩中扮演着重要角色。对我们的经典直觉的挑战导致了一系列悖论的提出，这主要是由于微观量子现象外推到我们独特的宏观人类经验中。反直觉的思想实验，如著名的薛定谔猫 [ 1 ] 和维格纳的朋友 [ 2 ]，说明了假设量子理论的后果在历史上是多么困难 [ 3 ]。此外，人们还对大脑过程中可能存在的量子现象提出了冒险的猜想，特别是在理解人类的自由意志、心智模型、决策和意识方面 [ 4 – 6 ]。从这个意义上说，从硬件和湿件科学的基础到尖端应用，建立人脑和量子计算机 (QC) 之间的更紧密联系在科学和技术上都将具有突破性的意义。然而，我们对大脑、思维以及意识的理解仍然很初级。这使得大脑直接与外部量子设备或量子处理器连接变得困难 [7,8]。然而，在 21 世纪的这个时候，人工智能 (AI) 可能会帮助我们完成这项原本不可能完成的任务。在过去的几十年里，我们可能会找到自下而上的方法来考虑生物特性与量子现象的融合。在量子生物学的情况下，可能的量子特征可能解释光合作用的效率 [9]。此外，人们正在研究神经形态技术以节省能源和增强 AI 应用 [10]。最近，受生物启发的量子人工生命已被提出并在量子计算机中实现[11]，而神经形态量子
二维架构中的高相干性 Kerr-Cat 量子比特
Kerr-cat 量子比特是一种玻色子量子比特，其中多光子薛定谔猫态通过向具有 Kerr 非线性的振荡器施加双光子驱动来稳定。随着猫尺寸的增加，比特翻转率受到抑制，这使得该量子比特成为实现针对噪声偏置量子比特量身定制的量子纠错码的有希望的候选者。然而，实现稳定和控制该量子比特所必需的强光物质相互作用传统上需要强大的微波驱动器，这会加热量子比特并降低其性能。相反，增加与驱动端口的耦合消除了对强驱动器的需求，但代价是较大的 Purcell 衰减。通过在芯片上集成有效的带阻滤波器，我们克服了这种权衡，并在具有高相干性的可扩展二维超导电路中实现了 Kerr-cat 量子比特。该滤波器在量子比特频率下提供 30 dB 的隔离度，在稳定和读出所需的频率下衰减可忽略不计。我们通过实验证明了具有八个光子的猫的量子非破坏读出保真度为 99.6%。此外，为了对该量子比特进行高保真通用控制，我们将快速 Rabi 振荡与 X ð π = 2 Þ 门的新演示相结合，通过对稳定驱动器进行相位调制。最后，检查了该架构中的寿命与振荡器中多达十个光子的猫大小的关系，实现了高于 1 毫秒的位翻转时间，并且相位翻转率仅呈线性增加，这与电路的理论分析非常一致。我们的量子比特有望成为占用空间小的容错量子处理器的构建块。
量子处理器上的 Zeilinger 纠缠
格林伯格-霍恩-泽林格 (GHZ) 态 [1]，也称为二组分薛定谔猫，在量子物理学的基础中发挥着至关重要的作用，更重要的是，它在容错量子计算等未来量子技术中起着重要作用 [2,3]。扩大 GHZ 态的尺寸和相干控制对于在高级计算任务中利用纠缠具有实际优势至关重要，但不幸的是，这带来了巨大的挑战，因为 GHZ 态易受噪声影响 [4,5]。在本文中，我们提出了一种创建、保存和操纵大规模 GHZ 纠缠的通用策略，并演示了一系列以高保真数字量子电路为基础的实验。对于初始化，我们采用可扩展协议来创建最多 60 个量子比特的真正纠缠的 GHZ 态，几乎是之前大小记录的两倍 [6]。为了实现保护，我们以全新的视角看待离散时间晶体 (DTC) [ 7 – 16 ]，最初用于探索奇异的非平衡量子物质，并将 GHZ 状态嵌入到定制的猫疤痕 DTC [ 17 ] 的特征态中，以延长其寿命。为了实现操控，我们使用原位量子门切换 DTC 特征态，以修改 GHZ 保护的有效性。我们的发现为实现大规模纠缠的相干操作开辟了一条可行的途径，并进一步强调超导处理器是探索非平衡量子物质和新兴应用的有前途的平台。
地球卫星和空中及地面活动的探测
致谢 作者谨向瑞典航天界表示感谢；感谢瑞典国家航天委员会的 Kerstin Fredga 教授、Per Tegnér、Per Nobinder、Silja Strömberg、Lennart Nordh 博士等；感谢 Göran Johansson、Olle Norberg、Claes-Göran Borg、Peter Möller、Hans Eckersand、Peter Sohtell、Per Zetterquist、Jörgen Hartnor、Tord Freygård 以及航天工业内众多其他太空爱好者。在瑞典国防界，我要感谢国防物资管理局的 Manuel Wik、Mats Lindhé、Lars Andersson、Thomas Ödman、Björn Jonsson 和 Curt Eidefeldt；感谢瑞典国防学院的 Bo Huldt 教授邀请我为战略年鉴做出贡献；瑞典武装部队的 Anders Eklund、Anders Frost、Urban Ivarsson、Lars Carlstein、Göran Tode、Rickard Nordenberg、Ulf Kurkiewicz 和 Peter Wivstam；以及瑞典国防无线电研究所的 Bo Lithner。法国外交部（对外关系部 - 文化关系总局）提供的奖学金使我得以在 1982 年至 1983 年期间在巴黎度过了三个学期，在巴黎大学学习理论物理学和天体物理学。我还要感谢林雪平技术大学的 Torsten Ericsson 教授在我担任巴黎助理技术专员期间的指导，以及 KTH 的 Anders Eliasson 博士。还要感谢爱因斯坦和薛定谔的前学生、意大利帕维亚大学的 Bruno Bertotti 教授，他认可我在日内瓦联合国“防止外空军备竞赛特设委员会”的工作，并邀请我作为第四届卡斯蒂利翁切洛国际会议“促进核裁军 - 防止核武器扩散”的发言人。关于我在日内瓦的工作
量子力学中的不确定性：超越因果关系或因果关系之内
摘要 . 量子力学中的不确定性问题通常被认为是经典力学和物理学在离散（量子）变化情况下的广义确定性，它被解释为一个唯一的数学问题，涉及一组独立选择与一个有序序列之间的关系，因此由选择公理和有序“定理”的等价性所调节。前者对应于量子不确定性，后者对应于经典确定性。无需其他前提（除了上述唯一的数学等价性）来解释量子力学的概率因果关系如何指的是经典物理学的明确确定性。同样的等价性是量子力学数学形式的基础。它融合了海森堡矩阵力学矢量的有序分量和薛定谔波动力学波函数的无序成员。这种合并的数学条件就是选择公理和良序定理的等价性，这反过来又意味着马克斯·玻恩对量子力学的概率解释。特别是，能量守恒的证明方式与经典物理学不同。这是由于所讨论的等价性而不是最小作用原理。人们可能涉及两种形式的能量守恒，分别对应于经典物理学的平滑变化或量子力学的离散变化。此外，这两种变化可以在统一的能量守恒下相互等同，并且要研究违反能量守恒的条件，从而指向能量守恒的某种概括。关键词：因果关系、选择和良序、决定论、量子力学的希尔伯特空间、不确定性、概率因果关系史前史、背景和上下文：不确定性是量子力学最引人注目和最基本的特征之一，因此甚至挑战或概括了精确和实验科学的理念。量子测量的任何单一结果从根本上来说都是随机的。描述仪器及其读数的经典物理学的光滑定律只能以这种代价与任何量子实体的离散量子变化统一起来。