文/中国科学技术大学

经典世界中的物体拥有各种各样的属性，如质量、体积等。直觉告诉我们，物体本体与其拥有的属性是不可分离的，然而在量子世界中情况却有所不同。2013年的理论研究表明微观粒子的物理属性（如电子的电荷和自旋、光子的偏振等）可以和其本体分离，这种现象被沃尔夫奖获得者Yakir Aharonov等人称为“量子柴郡猫”。柴郡猫是童话《爱丽丝梦游仙境》中一只咧着嘴笑的猫，它（本体）可以凭空消失，但笑脸（属性）还挂在半空中。

在中国科学技术大学完成的一项最新研究成果表明，在量子世界中物质与其物理属性存在更为灵活多变的关系。“量子柴郡猫”所具有的属性不仅可以从其本体剥离，甚至可以被另一只“柴郡猫”捕获。这项研究成果将会加深人们对“什么是物理实在”这个物理学基本问题的认识。

新颖的测量手段

为了能够揭示“量子柴郡猫”笑脸的交换，中国科学技术大学研究团队采用了被称为量子弱测量的技术。之所以被称为弱测量，是相对标准量子力学中的强测量而言的。众所周知，对描述微观量子系统波函数实施强测量，会将系统波函数随机坍缩到测量算符的某一个本征态，这个过程将不可避免地破坏量子系统的状态。例如使用检偏器对光子的偏振状态进行鉴定，尽管最终能够确定光子的偏振方向，但同时也会完全破坏初始状态，除非光子一开始就是处在检偏器的本征指向上。之所以将这个过程称为强测量，是因为测量过程中需要完成待测量子系统和测量探针之间的耦合，并且这个耦合是如此之强，能够将系统和探针完全纠缠起来。……