[科普中国]-波函数塌缩

波函数坍缩指的是某些量子力学体系与外界发生某些作用后波函数发生突变，变为其中一个本征态或有限个具有相同本征值的本征态的线性组合的现象。波函数坍缩可以用来解释为何在单次测量中被测定的物理量的值是确定的，尽管多次测量中每次测量值可能都不同。

简介波函数坍缩指的是某些量子力学体系与外界发生某些作用后波函数发生突变，变为其中一个本征态或有限个具有相同本征值的本征态的线性组合的现象。波函数坍缩可以用来解释为何在单次测量中被测定的物理量的值是确定的，尽管多次测量中每次测量值可能都不同。

在某一些量子物理理论中，波函数的坍缩是量子系统遵守量子定律的两种方法之一。波函数坍缩的真实性并没有被完全地确定；科学家一直在争论，波函数坍缩是这个世界的自然现象之一，还是仅是属于某个现象的一部分，比如量子退相干的附属现象。近年来，量子退相干已和波函数坍缩一起成为众量子物理学家极力研究的理论之一。1

波函数在量子力学里，量子系统的量子态可以用波函数（英语：wave function）来描述。薛定谔方程设定波函数如何随着时间流逝而演化。从数学角度来看，薛定谔方程乃是一种波动方程，因此，波函数具有类似波的性质。这说明了波函数这术语的命名原因。1

量子退相干在量子力学里，开放量子系统的量子相干性会因为与外在环境发生量子纠缠而随着时间逐渐丧失，这效应称为量子退相干（英语：Quantum decoherence），又称为量子去相干。量子退相干是量子系统与环境因量子纠缠而产生的后果。由于量子相干性而产生的干涉现象会因为量子退相干而变得消失无踪。量子退相干促使系统的量子行为变迁成为经典行为，这过程称为“量子至经典变迁”（quantum-to-classical transition）。德国物理学者汉斯·泽贺最先于1970年提出量子退相干的概念。自1980年以来，量子退相干已成为热门研究论题。

实际而言，不存在孤立系统，特别是不存在孤立宏观系统，通过某种方式，每个量子系统都会持续地与外在环境耦合，发生量子纠缠，从而形成纠缠态。因此，量子退相干可以视为存在于量子系统内部的相干性随着时间流易而退定域（delocalize）至量子系统与环境所组成的纠缠系统，换句话说，量子系统内部的几个成分彼此之间的相位关系，会逐渐地退定域至整个系统，也就是说，量子系统的相位信息会持续地泄露至环境，从而有效地促使伴随着相干性的干涉现象消失无踪。

量子退相干能够解释为什么不会观察到干涉现象，但是，量子退相干能否解释波函数坍缩的后果，这论题至今仍旧存在巨大争议，一个很重要的原因就是，很难将这论题跟量子力学的诠释做分割，而人们各自有各自青睐的诠释。量子退相干是一种标准量子力学效应，关于它是否能够解释波函数坍缩的后果，存在有很多种观点，大多数过于乐观或过于悲观的观点，皆可追溯至对于量子退相干运作范围的误解。

量子退相干不是一种量子力学诠释，而是利用量子力学分析获得的结果。它严格遵守量子力学，并没有对量子力学的基础表述做任何修改。很多完成的量子实验已证实量子退相干的存在与正确性。

在实现量子计算机方面，量子退相干是一种必须面对的挑战，因为量子计算机的运作倚赖维持量子相干态的演化不被环境搅扰。简言之，必需良好维持量子相干态与管控量子退相干，才能够实际进行量子运算。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所