如果有人拆開量子計算機的機箱，盯著電路板看造成退相干，是不是這計算機就廢了？

01-16

最近讀量子理論看到量子計算機的原理，突然有這麼個疑問。不太懂是不是這個道理。

許多科普文章中都說觀察會使量子力學的疊加態坍縮，但往往沒解釋「觀察」是什麼意思，因此導致了很多誤解，也產生了很多民科。

觀察這種說法，顯得好像是說有個人在看，但其實不是。量子力學雖然反直覺，但還沒有玄乎到人看到和攝像頭拍下來會有什麼本質的區別。事實上不僅僅是攝像頭拍下來，只要一個處於量子疊加態的物體和別的宏觀物體（在「觀察」這個語境下，也就是觀察用的探測器）發生了相互作用，使得探測器會因此處於不同的狀態，疊加態的坍縮就可以說已經發生了。

拿劉慈欣的《球狀閃電》中的一個科學性錯誤為例：大劉設想了一種宏觀尺寸的單電子，並聲稱當觀察者不看著它的時候，它就量子疊加，運動路線隨機了。但其實，只要你能看得到這個電子，說明它和電磁波/光子有相互作用，並且足夠強到區分宏電子的位置，那麼不論你是睜著眼睛還是閉著眼睛，當光線穿過宏電子而被偏折的時候，疊加態的坍縮就已經發生了。

所以回到題主的問題：如果你盯著電路板看能看出疊加態的不同的話，那你就算不看，疊加態也早就被破壞了。而全世界那麼多物理學家在努力研究量子信息科學，一個很重要的問題就算怎樣能更好地把量子比特和環境隔絕開，使得在不打算做測量的時候，量子比特不要和環境有顯著的相互作用，從而保護疊加態。

------看評論區某些人有點不爽分割線-----

我對於量子力學詮釋的哲學問題確實很感興趣，但在討論量子信息實驗的問題時，不同的詮釋並不影響結果的。看了點哥本哈根詮釋/多世界詮釋等等科普的朋友們：我在這邊所謂坍縮或是退相干，都不涉及詮釋問題，都是和開放系統/經典系統相互作用，這是可以精確計算的。

評論區里個別人，看了點科普一知半解，卻自以為很懂行了，上來就「我認為」，「不敢苟同」云云。答疑解惑很累的，我不打算再搭理這些沒有能力對自己的無知保持基本謙遜的准民科了。再看到這種評論一律摺疊。

很多人說，不要給沒學過物理的人解釋量子力學，說的越多誤會就越大，最後一個個全變民科。但今天我就想冒天下之大不韙，來試這麼一次，看看你們是更迷糊了，還是稍稍明白了一點。

首先，重要的事跟我念三遍：

觀察就是相互作用！觀察就是相互作用！觀察就是相互作用！

也就是說，在物理裡面，觀察這個詞是空洞的，它的含義由相互作用完全代替。如果有一個東西，它放在那裡，你不能以任何方式與其相互作用，那你也沒辦法獲得關於這個物體的任何信息。

這可能挺反直覺：我們經常覺得，一個球咱就遠遠看看，不會改變它的狀態。但是你仔細想想，這個「看」的過程中到底發生了什麼？一大波光子轟擊到球的表面上，在這裡被反射，在這個過程中，光子和球發生了相互作用，二者的狀態都被改變了。所以，光子觀察了物體，反之亦然。這些光子攜帶著物體的信息向你飛來，你的眼睛吸收了一部分光子，身體別的地方吸收了另一部分。總之，你和光子發生了相互作用。如果非要用「觀察」這個詞的話，你觀察了光子，光子也觀察了你。這句話聽上去無比裝逼，但是其實只是說你和光子相互作用了一下。

現在，咱們稍微把這個系統升級那麼一丟丟。讓這個球一開始處在一個量子疊加態，大概就是下面這種情形：

球在左 + 球在右

--------------- 我是真空 ------------------

球在左邊和球在右邊的疊加。

注意，我們現在是在考慮一個「真空中的球型雞」。假設一開始球在真空里，沒有任何東西和這個球有任何相互作用。注意，這個真空里連光都沒有！

現在，你說要有光！於是一道光刺破黑暗，撞在了球身上，反射了出來，發生了相互作用。暫停！這時候這個系統啥狀態？

球在左，光碰到左球並反射 + 球在右，光碰到右球並反射

--------------- 我是真空 ------------------

這時，我們就說光對球進行了一次觀查，對於光來說，球的量子態「坍塌」了，或者說退相干了。這聽上去無比玄妙，但是按照定義，這句話的全部含義就是光和球進行了相互作用並演化到上面那個態。

現在繼續，光反射出來射到了你眼睛裡和你的身上。那你大概已經知道接下來整個系統的態變成什麼樣了：

球在左，光碰到左球並反射，你觀察到球在左 + 球在右，光碰到右球並反射，你觀察到球在右

--------------- 我是真空 ------------------

這時，我們就說你對光進行了一次觀察，對於你來說，光和球的量子態坍塌了。聽上去玄妙，但其實就是「你和光相互作用了一下」的裝逼版本。

現在，咱們澄清幾個小問題：

第一，球退相干需要你嗎？不需要！對於球是否退相干這個問題而言，光跟它的相互作用，和你跟他相互作用沒有任何區別。要你何用啊（誤……

所以對於量子計算機而言，要儘可能隔絕所有外界的相互作用。這包括光子和氣體分子的碰撞等等。所以如果能絕對真空那是墜好滴。干擾越多，上面的那個相互作用的過程，進行的就越快。你在退相干之前能進行的計算就越少。所以，想弄量子計算，是不能看它滴，不僅你不能和它相互作用，所有的光子，電子，原子等等一切不是計算機設計的一部分的東西都不能。

第二，如果你閉眼了呢？沒啥影響，還是演化到最後那個態。因為那些光子還是打到了你的眼皮上，然後你眼皮上的分子通過各種相互作用和熱運動又和你全身所有分子相互作用。雖然你沒有意識到，但是你已經和這些光子相互作用過了。

最終的結果都一樣：雖然你當時沒發覺，但是如果你在和光相互作用的時候演化到了左邊這個態，那你明天才去看那個球，它也只能在左邊。如果你演化到了右邊這個態，那你後天去看那個球，它也只能在右邊。

現在，你就看到信息是怎麼傳播的了。它就是通過相互作用，這麼一點一點的傳播出去，最終「侵染」到整個宇宙。

以上。

不自量力：不要自學量子力學

你能看穿裝貓的盒子?

觀察實際上就是量子其他什麼東西發生了相互作用，那些物質啊場啊什麼的就把關於這個量子的信息帶走了，並不是說非得你眼睛看才叫觀察

我一直認為談量子力學不談計算都是耍流氓

你對「測量」（觀察）的理解還停留在初高中狀態

這裡的觀察不是看，和盯，

是操作和測量

「觀察」這個詞在量子物理中的意思不僅僅是「盯著看」這麼一種形式。

任何「影響」都是「觀察」。

在這個題目中，你無論「看」還是「聽」主機箱，都沒有意義。你可以這麼理解

你「看」到主機箱之前，光已經照射到主機箱裡面了，只是沒反射到你的眼睛你而已。

只是因為在人群中看了你一眼，你就坍塌了...

你看電路板，意思是用一道光照射電路板，光反射到你眼睛裡。不管你有沒有去看，你在用光照射電路板的時候就廢了。「觀察」說的是用光照射這個行為。

現在世界上公認比較有希望做成量子計算機的體系：超導環、離子阱、硅量子點、拓撲量子比特、金剛石空位，以及前段時間特別熱的光量子計算機，所有這些的核心部件似乎都和電路板沒啥關係。

觀察是客觀的，不是主觀的，即使沒有人，也是可以「觀察」的。

觀察造成疊加態坍縮，是因為觀察本身，也會產生相互作用。

量子力學量力學，科普的看看就好，所謂的觀察，所謂的坍塌，不是你們那個意思。

所謂觀察不是你想的那樣...

通常說的「觀察」是指光子與被測量的粒子發生作用，比如碰撞

如果不是光子攜帶了信息進入人眼或者探測設備，誰知道那裡有個粒子呢？

這問題貌似很常見，大多數人看的科普讀物中都用「看」來描述。似乎很生動，但其實很不嚴謹

至少大劉是這麼想的

看了回答，感覺基本都是不靠譜的，但是我不說什麼，因為量子力學不是非常簡單就可以解釋清楚的，就算自認為解釋的清楚，他人在接收的時候也可能會存在誤差。推薦一本書，不管是不是科班出生的都可以看《上帝擲骰子嗎》

先把「觀察」的含義搞清楚。

你知道量子尺度嗎