清华首次实现四体“薛定谔猫”态，有助量子计算与量子网络
澎湃新闻记者 王蕙蓉
近期，清华大学团队在微波量子信息处理领域取得进展，首次借助超导量子电路，成功制备相干态飞行微波光子的多体“薛定谔猫”态，使基于微波光子的量子网络和模块化量子计算成为可能。
多体“薛定谔的猫”示意图，图片来自清华大学
著名思想实验：“薛定谔的猫”
据悉，在量子力学领域中有许多历史悠久的思想实验。其中大多数用来指出量子力学中可能存在的破绽。
1935年，理论物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)设想了一个著名的思想实验，以阐述量子力学中的悖论。
如果把一只猫关在装有放射源及有毒气体的封闭房间里，放射源在单位时间内有一定的几率会发生衰变。当检测到放射源衰变时，有毒气体就会释放，猫就会死。如果放射源没有发生衰变的话，猫就存活。
而根据量子力学中的哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)，物理系统的属性并非确定，只能利用量子力学的概率术语来衡量其属性，并且测量行为会对系统产生影响，造成概率集缩小到许多可能值中的一个，这被称为波函数坍缩(wave-function collapse)。
因此，观测在量子力学中扮演着重要的角色。回到“薛定谔猫”思想实验，这意味着过了一段时间之后，猫处于同时活着和死去的状态。但当你往房间里看的时候，这个瞬间你会看到猫是活着或死去的某一个状态。
根据薛定谔的想法，原子可能同时以两种不同的状态存在，即量子叠加，如果在原子和宏观物体间产生相互作用，将它们“纠缠”起来，这时宏观物体可能处于一种奇怪的叠加态。
局限于两体的“薛定谔猫”
随着科学家对量子力学理论的进一步研究，新的问题随之产生：如果房间中不止一只猫呢？按照量子理论的自然逻辑，这些猫不仅处于同时活着和死去的状态，并且“同生共死”，即它们不仅处在多体的量子叠加态，并且互相存在超越经典关联的量子纠缠。
前述宏观物体或经典态之间的量子纠缠是一个有趣的科学问题，并且在很多量子技术中有重要应用。但制备多体“薛定谔猫”在技术上具有挑战性。因为用来模拟“猫”生死的经典态一般处在高维度的希尔伯特空间(Hilbert Space)中，存在严重的环境退相干，导致其中的量子效应很难被观测。
此前，国际上仅实现过对两体“薛定谔猫”的制备。“最主要的原因是缺乏合适的实验方案。”清华大学交叉信息研究院副研究员张宏毅对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者说道，耶鲁大学的研究组在2016年最早实现了两体的半经典态之间的量子纠缠，其成果发表在《科学》(Science)上。“他们用两个超导微波谐振腔各自承载两体微波相干态的量子叠加，但这种系统的扩展性很差：一方面，实现多体量子态需要很多超导微波谐振腔；另一方面，把同一个量子比特与这些谐振腔一同耦合起来也非常困难。”
会“飞”的多体“薛定谔猫”
为了实现多体“薛定谔猫”的制备，清华大学交叉信息研究院讲席教授段路明、副研究员张宏毅等研究组，采用另一种研究思路，利用相位相反的相干态飞行微波光子模拟猫的“生”和“死”。
此次，团队借助飞行微波光子，在包含超导量子比特的谐振腔端口的反射过程，实现了超导量子比特和相干态微波光子的量子纠缠，并通过连续反射多个相干态微波光子脉冲，最终实现了“飞”起来的多体“薛定谔猫”。相关论文《A flying Schrödinger’s cat in multipartite entangled states（多体量子纠缠的飞行薛定谔猫态）》发表于《科学进展》(Science Advances)。
图片来自《科学进展》(Science Advances)
“我们采用不同时刻的飞行微波光子脉冲定义多体量子态，用微波谐振腔和超导量子比特的系统，实现了不同时刻的微波光子脉冲之间的量子纠缠。”张宏毅向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者介绍，“我们的方案相比之前的实验，在扩展性方面得到明显的改进，保证了我们顺利观察到多体半经典态之间的量子纠缠。”
他表示，飞行微波光子相比之前的实验具有更好的扩展性。“其次，相比光学波段（波长在百纳米量级）的实验系统，微波波段的超导量子电路具有很好的调控性，有助于我们实现更高质量的实现系统和更准确的系统参数。”
从理论到实践的“四体”突破
清华大学团队此次研究理论基础是段路明和美国加州理工大学教授Jeff Kimble在2004年合作提出的Duan-Kimble可扩展光量子计算方案。
该方案提出，可以利用高质量的谐振腔辅助实现飞行光量子比特之间的受控量子门操作，进而实现可扩展的光量子计算。其核心内容是指出了借助飞行光子从某个含有量子比特的谐振腔中反射的过程，可以实现飞行光子和量子比特的受控量子门操作和量子纠缠。
图片来自论文
“这个方案简洁明了，技术上的可行性极高，是目前实现飞行光量子比特和局域量子比特之间相互纠缠的主流方法之一。”张宏毅说道，“这还为后续很多重要的实验，比如实现非破坏性单光子探测器、单光子二极管等量子器件，提供了理论基础。”
基于前述方案，段路明与合作者在2005年提出可以实现相干态飞行光子的量子叠加，即所谓的“薛定谔猫”态。“这为我们此次研究提供了最直接的理论依据。”
在这一理论基础上，清华大学段路明研究组从多体飞行微波光子态的密度矩阵出发，利用可局域量子纠缠的方法验证了直到四体“猫”态中的量子纠缠，这也是首次在实验中成功制备超过两体的半经典态之间量子纠缠。
实验中重构得到的多体“猫”态的密度矩阵，图片来自清华大学
此外，通过重构超导量子比特和多体“猫”态这个混合量子系统的密度矩阵，团队确认了这两种本质上截然不同的量子态之间的量子纠缠。该工作提出了一种高度可扩展的多体“薛定谔猫”态制备方案。
审稿人评价称，清华大学团队首次实现了多达四体的“薛定谔猫”态的制备，即确定性地实现了多个相干态微波光子之间、以及它们与超导量子比特之间的纠缠。
将“薛定谔猫”推向应用领域
“此次实验的主要装置与一台超导量子计算机类似，同时包括一台稀释制冷机给超导量子芯片降温，一些微波信号源和波形生成装置提供实验需要的微波信号。”张宏毅说道，“实验装置的核心是超导量子电路，包含一个超导微波谐振腔和一个超导量子比特，‘薛定谔猫’态的制备依赖于我们对超导量子比特量子态的精确控制。”
他表示，团队设计这个实验的一个主要动机是希望借助飞行微波光子，实现超导量子比特之间的远程量子纠缠，进而实现超导量子电路的量子网络和模块化量子计算。“在这个研究中，我们实现了飞行微波光子的‘薛定谔猫’态和超导量子比特之间的量子纠缠，后面我们希望能够借助‘薛定谔猫’态实现超导量子比特的远程量子纠缠，研究‘猫’态在抵抗由于微波线路损耗导致的量子态失真方面的优势。”
因此，基于飞行微波光子的多体“猫”态在很多量子技术中有重要的应用。除了使基于微波光子的量子网络和模块化量子计算成为可能，多体“猫”态之中的量子纠缠还可能提高雷达的探测精度，实现抗噪性更高的“量子雷达”。“另一方面，我们还计划探索‘薛定谔猫’态在微波量子光学、实现新型微波光量子器件等方面的应用。”
责任编辑：李跃群
校对：栾梦
猫会做梦，原来是真的
作者：Echo本文由萌爪医生团队原创，谢绝转载如有需要，请联系hi@wecarepet.com
千万不要打扰猫睡觉，否则会发生意想不到的情况！
深夜它是令人闻风丧胆的跑酷战士，白天它是让人羡慕的瞌睡精灵。熟睡的它，时而jiojio跳动，时而低声旖旎，时而口吐舌尖，时而四脚朝天。
今天，萌爪君邀您一起《探索-猫咪梦境里的那些秘密》
第一章：我的小猫咪做梦啦
睡梦中的它们，姿势千奇百怪。
有的猫咪会做瑜伽，拉伸，抽腿，高难度动作做起来毫不费力。
还有的猫会跳舞，一段poping让街舞老师都拍案叫绝。
兄dei，下午三点半猫咪做梦时的叫声你听过吗？
第二章：小猫咪也会做梦吗？
跟人一样，小猫咪也会做梦。
对于猫\人，只有两个睡眠阶段：快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠（REM and NREM）。
快速眼动睡眠最突出的特点，就是眼球会转动得很快，比非快速眼动睡眠中的浅睡眠阶段转的快得多。大多数梦境会发生在快速动眼阶段，极少数会发生在非快速动眼阶段。
而猫平均一天睡觉 16-18 小时，其中大约有 30% 的时间处在快速眼动睡眠阶段。
此阶段的梦境更为支离破碎，梦境中的视觉性画面也相对较少。随着猫长大，快速动眼阶段的睡眠也愈发减少，做梦的频率也会随之降低。
第三章：既然猫咪会做梦，那它们都会梦到什么？
这个问题不光现在的我们好奇，早在1959年前，Michel Jouvet教授就在克劳德伯纳德大学（Claude-Bernard University）做了一系列实验。
实验中他破坏了受试猫咪的脑干（这样的行为现在看来非常不人道，但是在当时却是被允许的），让这些猫咪在睡梦中无法控制自己的身体，所以梦到了什么，身体做出的反应就会完完全全被展示出来。
这些做梦的实验猫咪里，有的会蹲低，有的爪子乱扑打，有的则不停的吧唧嘴。
在上世纪下半叶，生理学家Michael Jouvet更进一步说明了猫咪在做梦时的一些行为习惯。
当猫在睡眠中快速频繁蹬腿，看起来感觉像是跑步或走路等动作，那么说明它们的梦中可能出现了和“捕猎”相关的内容；当猫咪在睡眠中出现“吧唧嘴杂嘛滋味”的动作，猜测它们的梦中可能出现了，和“吃东西”相关的内容。
而另一个学者Matthew Wilson（Brain and Cognitive Sciences of MIT）研究也表明，猫的梦境和我们的梦境类似——和日常生活息息相关。
也就是说，梦里的它们依旧很忙，比如把你的口红从桌上推下去，对你的沙发角各种磨爪，用哈喇子一遍一遍梳理它们的秀发，再偶尔吃几口罐头，看看窗外，上个厕所，再发会呆。
第四章：猫会做噩梦吗？
关于这个问题的答案，想必很多养过流浪猫的铲屎官心里都会有一个答案：会做噩梦的！
其实，经历过流浪、重病、被遗弃、虐待等不幸遭遇的猫咪，会很长一段时间睡眠质量不太好，偶尔会从梦中惊醒，跟人做了噩梦被惊醒是一样的。
韩国有一个节目叫做《Kritter Klub》就讲述了一个叫做东植的猫咪和主人的故事：东植两年前被主人带回家，之前一直是流浪猫。原本白天特别温顺的它，晚上突然会对主人攻击，最后抓的主人满脸血。
后来节目组找了猫行为学专家，在反复看过录像后，发现东植在发狂时，眼睛在快速眨动（前面有科普到哦~），表明它其实是在做梦。
主人道出东植被领养前的一些经历。
原来它就出生在一个破烂的泡沫盒子里。而且，东植是同窝小奶猫中，身体最虚弱的一个。猫妈妈在被反复驱赶，移动之后，带走了所有的孩子，唯独剩下了东植。
所以东植在很小的时候便经历过流浪、被驱赶、受冻挨饿，直到被现在的主人发现收养。
故事的最后，东植在心理医生和现在的主人精心调养呵护下，逐渐变得温顺起来，做噩梦的频率也在逐步减少。
所以如果你家的猫咪之前是只流浪猫，后来是被领养的。希望你可以好好珍惜它们。因为那段流浪、被遗弃的日子是一段很痛苦的回忆，需要你用耐心和爱心来抚慰它们，让它们感受到温暖和安心。
其实关于猫做噩梦这件事情，除了和之前不好的经历息息相关外，如果猫咪们白天遭遇过一些让它们觉得压力山大的事情，比如被突然出现的东西吓飞，你白天打了它骂了它等等，这种恐惧也会体现在梦里。
但是和人不同的是，猫狗的梦境都是基于现实经历的简单排列组合，它们无法把过于复杂的元素拼接在一起。而且，它们的梦里不会出现日常生活中没见过的东西。
在它们的梦境中，无论如何，你都最常出现的角色之一。
它们在梦中和你度过愉快或不愉快的时光，这取决于在每一个白天，你为它们创造什么样的记忆，而你的爱，可以让所有的噩梦无影无踪。
所以，如果当你的猫咪，睡觉时突然醒来，慢慢走向你准备依偎时，轻轻地喊喊它们的名字，并摸摸它们吧。无论上一秒是噩梦还是美梦，第一眼看到是你的话，猫咪也会变得开心！
本文宠物养护知识由王小勤（Master of V.M, 执业兽医师）审核
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萌爪君：
你家猫咪平常都会做什么梦呢？转发到朋友圈和各位铲屎官们一起分享猫咪梦境里的喜怒哀乐吧！
做梦时梦见猫是什么原因，有何含义？
相信大多数人都有过晚上做梦的经历，甚至有些梦境印象非常清晰，第二天早晨起床后还对梦中的场景记忆犹新，甚至能够清楚地描述出来最近，有不少人晚上做梦的时候梦见猫，但是你是否知道梦见猫是什么意思呢，让我们来看一下周公是怎么解释梦见猫是什么意思的吧。
1.简介
猫常常被用来象征人的某种特性，或者说象征某种人，常常是女人。她们慵懒、漂亮而又可爱，她们有点自私，有点小脾气，有点贪嘴、贪婪睡，有点狡黠，但是她们仍旧被男人喜爱。因为她们的那种乖样，那种柔顺让人怜爱。但是同样的，请不要忽略猫锋利的爪子，在乖巧的背后，往往潜伏着凶兆。
2.象征意义
梦见猫，文化背景不同，象征意义也会不同。按照我国的传统习惯，梦见猫是件好事。但是如果在梦中，猫和老鼠很亲热，所谓猫鼠同眠，则不是一件好事。往往说明做梦的人不能够履行自己的职责，营私舞弊，有违法乱纪之嫌，这好比是梦中的猫没有负起抓老鼠的职责。
3.梦见猫和老鼠
猫在梦里，给人的感觉多代表温柔并略带狡诈。按照东方传统，梦见猫是好事，但如果梦里猫和老鼠显得很亲近，即所谓的“猫鼠同眠”，则非常不吉，往往暗示做梦人没有履行职责，有渎职违纪、营私舞弊的嫌疑。
4.梦见杀死猫
梦见猫，如果你没有成功地杀死它或者把它起跑，表示不幸。如果猫袭击你，你的敌人将无所不能其极地诋毁你的名誉，使你财产受损失。但是如果你成功地驱逐开了猫，你将克服遇到的极大障碍，最终名利双收。
5.梦见猫蛇和平共处
梦见猫和蛇和平相处，表示一场令人愤怒的争斗的开始。也表示你利用一个敌人来探听有关自己的秘密事件，而且你糊弄住了他;如果他并不是靠得住的人，你将努力放弃对他的行动的关注，因为你担心搞不好事情会泄露，你的私生活将曝光。
6.梦见猫爬到膝盖
如果梦见猫爬到膝盖上，表示你与恋人关系非常好，或一向对你冷淡的恋人，也忽然转变态度，频频约会让你惊喜，有关系回暖之兆。但是要注意身体，不要因为约会太多，反而影响身体健康。
7.梦见猫和其他动物
梦见猫打鹦鹉，暗示着你能击败竞争对手，获得最后的胜利。梦见大猫带着小猫一起走路，预示你在与人交往方面进展顺利，朋友众多，聚会快乐。梦见猫捉老鼠，提醒你要特别小心遭到偷盗和抢劫。
周公解梦——猫
梦见猫，通常代表有好事发生。预示着近期你的运势很好，有困难的时候有人帮助自己，说明自己的人际关系不错。
梦见猫拉屎耐住性子才能成事！今天的状况一开始就让你不安，可能出现的节外生枝需要你提前做准备。但是当耐心熬过去之后，结局往往是蛮好的。心情也随之变得相当舒畅呢!恋情方面，艳遇指数上升，你较有可能被陌生的异性吸引，或者遭遇异国情缘。
梦见猫袭击你你的敌人将无所不用其极地诋毁你的名誉，使你财产受损失。但如果成功地驱逐开了猫，你将克服遇到的极大障碍，最终名利双收。
梦见猫咬我身边会有人在你的背后做一些小动作，破坏你与恋人的感情，要小心了，遇到事情，要沉着冷静的面对，不能发火，不然会遂了小人的心了。
梦见猫爬到膝盖上表示你与恋人关系非常好，或一向对你冷淡的恋人，也忽然转变态度，频频约会让你惊喜。但是要注意身体，不要因为约会太多，影响健康。
梦见打死猫说明你将会与邻居为敌，提醒你邻里之间应该互相帮助、和睦相处，与人相处时应多些宽容，要广结人缘，避免与人发生争执，撕破脸皮。
梦见猫袭击你你的敌人将无所不能其极地诋毁你的名誉，使你财产受损失，但是如果你成功地驱逐开了猫，你将克服遇到的极大障碍，最终名利双收。
梦见大猫财务运势良好，透过工作关系而建立的人脉或是参加社交活动，会给你带来不少赚钱的机会，值得善加利用及好好的把握。
梦见猫咬人预示梦者近期会经历很多不利于自己的事情，也有可能会被谋害，要多小心自己的言行举止，不要让别人有下手的机会。
梦见小猫互相打闹嬉戏预示你的爱情进展不尽如人意，虽然你和恋人看起来似乎日益亲密，但实质性的进展却很缓慢，让你有些着急。
梦见女人梦见猫叫提醒你的爱情生活中已潜伏进某个对手，正像一只猫一样，虎视眈眈地窥视着机会，想要争夺你的男友。
梦见一只消瘦的脏兮兮的猫坏消息会从远方传来，你的朋友将不久于人世，但是如果你赶跑了猫，你的朋友长期的顽症最终可能治愈。
梦见别人送猫维持敏锐的判断力是你近期运气的关键。会遇到许多需要你来决策的事情。所以清早起来的良好状态非常重要。
梦见猫爬到树上表示有人在背后挑拨离间，说你坏话，你可能要陷入困境，被人非议，或被人怀恨在心。
梦见猫相斗此主暮夜有戎之兆，但于己无患。若梦己所畜之猫，被他家猫咬伤，则主下人有灾。
梦见猫攻击自己意味着灾难临头，灾祸有可能落到做梦人的头上也可能降到受自己保护的人头上。
梦见猫在角落里表示你的工作和生活中可能有隐藏的敌手，想要暗中挖墙脚或破坏你的家庭生活。
梦见打猫或者抓猫预示你可能会遭到小偷或强盗入室，但最终坏人会被抓获，你不会蒙受很大损失。
梦见女人梦见猫未婚女人梦见猫，主小吉，预示将有喜事发生。已婚女人梦见猫，主小凶，多指感情运势不顺，在感情生活中没有安全感，容易陷入胡思乱想，莫名其妙的发脾气。在此提醒梦者，胡思乱想是感情的毒药，容易毒伤自己，同时也容易毒伤对方，需学会修身养性。
梦见被猫咬伤预示着可能会被别人算计，有人想背着你做一些事情，可能会对你有很大影响。
梦见猫很害怕预示你近期可能会遇到小人，给你带来不幸和麻烦，需行事谨慎，多加提防。
梦见女人梦见养猫提醒你有可能将有意料不到的事情到来，不幸或意外的幸运都有可能。
梦见一只干干净净的白猫表示看起来没有什么伤害的纠缠，最终将让你财产受损，心情悲伤。
梦见一只猫抓你表示好多日子以来你一直想赚的一笔利润被你的敌人成功抢走。
梦见猫鼠同眠此梦为君不君、臣不臣、父不父、子不子之象，必有犯上者。
梦见肮脏的猫表示要招致不幸，近期要多留意饮食健康，避免病从口入。
梦见年轻女子梦见自己抱着一只猫表示别人的背信弃义使她受到牵连，陷入不仁不义的境地。
梦见被母猫抓伤预示着会受到竞争对手或者敌人，朋友给自己带来的伤害。
梦见大猫带着小猫一起走路预示你在与人交往方面进展顺利，朋友众多，聚会快乐。
梦见猫在晒太阳表示你的日子平安无事，悠闲舒适，甚至有点无聊。
梦见听见猫的尖叫或喵喵声你所谓的朋友正在用尽其所有的词汇和手段来害你。
梦见孕妇梦见猫不必害怕，这个主要预示会生女孩。
梦见猫捉老鼠提醒你要特别小心遭到偷盗和抢劫。
梦见被人遗弃的猫在路边叫预示你可能会破财或是收入降低。
梦见病人梦见养猫预示将恢复健康，摆脱疾病困扰。
梦见三只猫是吉兆，收入会日益增多。
梦见养猫预示你会在钱财上有收获。
梦见干净的猫通常代表会有好运。
梦见猫进家意味着你容易高估自己，失败的原因往往就在于忽略了外在无法控制的因素。把心情放平和一点，太想取胜让你难以从容应对。和恋人之间的关系有好转的迹象，你会比较看重精神上的爱，往往也因此容易让自己受伤。单身的你，可能会把单恋对象美化。
梦见猫吃鸡容易对人对事产生失望的心情呢！今天遇到的人和事，很容易就会和以前的经验联系起来，偏激地看待，爱情方面尤其如此。生活似乎走进一个困扰自我的迷宫了。与其过多地去想感情上的事，还不如把手头上的活做好，转机就要来临了，等待一下吧！
梦见猫和蛇和平相处表示一场令人愤怒的争斗的开始。也表示你利用一个敌人来探听有关自己的秘密事件，而且你糊弄住了他。如果他并不是靠得住的人，你将努力放弃对他的行动的关注，因为你担心搞不好事情会泄露，你的私生活将曝光。
梦见商人梦见猫表示他应该最大地集中精力工作，因为他的竞争对手将要成功地破坏交易的规则，他将不得不采取其他措施，比如低于市价出售，依然可能成功。
梦见猫进家门意味着别人会对你发出各种反对的声音，一些你认为对的，别人也不会赞同，你的努力也有可能被人当成谈资，你完全没必要把一些批评看的太重要。
梦见猫胳膊受伤了，流血了怎么回事预示着近期你的运势很好，有困难的时候有人帮助自己，说明自己的人际关系不错。
梦见猫吞活鱼此梦为成家立业之兆。此为成家立业之征，主贸易能获大利，且前程远大。
梦见猫食蝴蝶此梦不祥，恐有阴私小人陷害正人，须谨防之。
梦见抱着猫是不祥之兆，朋友会以自己为敌。
梦见猫捕鼠者主进大财，须防子孙灾。
梦见创业的人梦见猫和狗代表得少失多，坦城相处，踏实去做得利。
梦见打算出门的人梦见猫和狗建议可延后一、两天再出行。
梦见怀有身孕的人梦见猫和狗预示生男，夏占生女，勿过劳累。
梦见谈婚论嫁的人梦见猫和狗说明背信，无法沟通感情婚姻难成。
梦见准备考试的人梦见猫和狗意味着不能如愿，初考不佳，再试可录取。
梦见创业的人梦见猫咬我手代表时做时停，财物亏损、经营不顺利。
梦见打算出门的人梦见猫咬我手建议顺利出行，途中身体不适，宜小心保养。
梦见谈婚论嫁的人梦见猫咬我手怀有身孕的人梦见猫咬我的手，预示生女，春占生男，注意营养。
梦见准备考试的人梦见猫咬我手意味着要有信心，成功必属于你，多努力。
梦见谈婚论嫁的人梦见猫咬我手说明背向而行，无法和谐，最后还是分居或分离。
梦见商人梦见自已生猫说明你身边有一个小人算计你，不要着急有贵人帮你化解。
梦见求职者梦见自已生猫预示求职运势走低，难以遇到合适的机会，寻觅观望的时候较多。眼光放长远更合适。
梦见自已生猫一件事情让你不得不追根究底。别对爱情太死心眼，小心受伤。业绩不错，奖金入袋。进展顺利，内心雀跃万分。
梦见猫吃鸡暗示容易对人对事产生失望的心情，今天遇到的人和事，很容易就会和以前的经验联系起来，偏激地看待，爱情方面尤其如此。生活似乎走进一个困扰自我的迷宫了。与其过多地去想感情上的事，还不如把手头上的活做好，转机就要来临了，等待一下下吧！
