8、量子物理：信息科学视角下的探索

量子物理：信息科学视角下的探索

1. 从双缝实验看观察者与现实

在量子物理的奇妙世界里，双缝实验为我们揭示了许多令人惊叹的现象。通过I型参量下转换在晶体中会产生一对动量纠缠的光子。其中一个光子进入海森堡显微镜，被置于海森堡透镜后方的海森堡探测器检测到，它在这个实验中扮演着标准海森堡显微镜实验里γ量子的角色；另一个光子则进入双缝装置，由双缝探测器检测，其作用类似于电子。

当海森堡探测器位于透镜的成像平面时，它能揭示另一个光子通过狭缝装置的路径，此时该光子不会呈现干涉现象；而当海森堡探测器位于透镜的焦平面时，它会将另一个光子的状态投影到动量本征态，无法获取光子通过哪个狭缝的信息，这个光子便会与海森堡透镜焦平面上另一个光子的探测结果相呼应，呈现出干涉图案。

这一实验很好地印证了尼尔斯·玻尔的名言：“除非被观察到，否则任何现象都不能称之为现象。”同时，它也让我们看到了观察者在现实中的重要作用。实验者可以选择将探测器放置在焦平面还是成像平面，从而决定系统表现出波还是粒子的特性，也就是说，实验者对实验装置的选择决定了哪些物理量能成为现实。不过，实验者无法影响具体的实验结果，比如粒子通过哪条狭缝，或者粒子在观察平面上的具体位置，这体现了大自然避免被观察者完全控制的特性。

双缝探测器记录的两种相互排斥的图案也很有意思。当海森堡探测器位于成像平面和焦平面时，双缝探测器记录的计数情况不同。只有在探测器位于焦平面时，计数才会呈现干涉图案，且低强度表明干涉图案是由单个光子逐个累积形成的。

2. 量子信息技术的兴起

令人意想不到的是，出于基础和哲学考量的实验催生了信息处理的新概念。量子通信和量子计算这两个领域在近年来发展出了新的信息技术协议，