科学剃刀
探索宇宙奥秘 · 理性思考
在量子力学的世界里，有一个幽灵般的屏障，阻碍了人类真正进入量子时代。
这个屏障就是“退相干”，或者我们可以通俗地称之为“量子坍缩”。
想象一下，你精心叠好了一个极其复杂的纸飞机，它能在空中划出完美的弧线。
但在现实世界里，只要有一阵微风，甚至是一粒尘埃撞上它，这架飞机就会瞬间失去平衡，跌落在地。
在量子世界，这种“不稳定性”被放大了亿万倍。
一个量子比特可以在0和1之间同时存在，这就是所谓的叠加态。
然而，这种奇妙的状态极其脆弱，只要它和周围的环境发生一点点互动，叠加态就会像肥皂泡一样破裂。
这种破裂发生得极快，通常只有1到2个飞秒（1飞秒等于10的负15次方秒）。
就在最近，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）的李在东（JaeDong Lee）教授团队，终于在《先进科学》杂志上发表了一项重量级成果。
他们第一次在微观层面，看清了量子状态在真实环境中究竟是如何“塌陷”的。
十年谜题：量子态为何瞬间蒸发？
过去十多年里，全球物理学家都在为一个问题抓耳挠腮：为什么固体材料里的电子量子态，消失得如此之快？
当我们用强光照射固体材料时，会产生一种叫“高次谐波”的现象。
这听起来很专业，其实你可以把它理解为：光把材料里的电子“踢”到了一个高能量状态。
这个过程能产生超短的脉冲和高能光，对芯片制造和材料分析极其重要。
但问题随之而来，这些电子在获得能量后，它们的量子特征会在1-2飞秒内迅速消失。
物理学家知道这种现象叫“超快电子退相干”，但具体是怎么发生的，大家一直没搞清楚。
以前的研究大多把量子系统看作是“孤立”的，就像是在真空中讨论问题。
但在现实中，没有任何量子系统能真正孤立，它们始终被周围的环境包裹着。
李在东教授的团队决定另辟蹊径，他们不再假设系统是孤立的。
他们开发了一种全新的计算方法，专门用来模拟这种“开放的量子环境”。
这种方法基于一个高深的数学工具，叫做“林德布拉德主方程”（Lindblad master equation）。
通过这个方程，科学家终于能像查监控录像一样，看清电子、环境、以及其他电子之间到底发生了什么。
量子世界的内讧：秩序与混乱的战争
在这次研究中，科学家们发现了一个此前从未被注意到的物理真相。
当电子被光激发后，它们会表现出两种完全不同的“社交行为”。
第一种叫“超辐射”（Superradiance）。
你可以把它想象成一群正在排练的合唱团成员，他们整齐划一地发出声音。
当大量原子或电子在极小空间内集体退激发时，它们会产生这种相干的集体辐射。
第二种叫“宽带发射”（Broadband emission）。
这更像是菜市场里的嘈杂声，是电子之间乱七八糟的散射造成的。
李在东团队的研究发现，这两种力量在固体材料内部竟然发生了“互怼”。
简单来说，超辐射试图维持某种秩序，而宽带发射则代表着混乱。
图释：相关电子系统中的发光过程。（A）由电子-电子散射产生的热载流子产生的宽带发射，已知在有效温度下模拟黑体辐射（注意对数尺度的示意图）。（B） 由于原子在原子间距离极短的极限内集体去激发，即→ 0，导致独立原子（记作（1））和迪克超辐射（记作（2））自发发射（注意，显示中a相对于波长刻意表示更长）。图片来源：Advanced Science（2026年）。DOI： 10.1002/advs.202522729
研究结果证实，正是这两种力量之间的干涉和相互抵消，导致了量子态的迅速瓦解。
这就是困扰了物理学界十年的“量子坍缩”微观机制。
这就像是两个频率略有不同的波，撞在一起时并没有变得更强，反而互相抵消了。
这种干涉现象，直接导致了电子的量子特征在极短时间内崩盘。
从“躲干扰”到“控干扰”的质变
了解了敌人是怎么破坏防御的，我们才能修补漏洞。
长期以来，我们的量子计算、量子传感技术，大多建立在“孤立量子系统”的假设上。
这就导致很多在实验室里表现近乎完美的设备，一拿到现实环境中就罢工。
现在的这项研究，为我们搭建了一座连接“理想量子理论”和“现实量子工程”的桥梁。
一旦我们掌握了退相干的精确机制，我们就有可能设计出新的材料。
这些材料可以通过抑制某种特定的发射，或者调整内部的电子结构，来延长量子态的寿命。
哪怕只是从2飞秒延长到20飞秒，对于量子计算的精度来说，也是质的飞跃。
这就像是我们终于搞清楚了纸飞机为什么会掉，从而能设计出避开微风的机翼。
在军事领域，这种技术的应用前景更是宽广得惊人。
比如量子雷达和量子通信，它们在复杂的战场电磁环境下，面临的就是极度的“开放环境”。
如果能通过调控微观机制来对抗退相干，量子雷达的抗干扰能力将达到一个恐怖的高度。
到那时，传统的隐身飞机在量子雷达面前，可能就像是白纸上的苍蝇一样清晰。
战场单向透明的代差，可能就此形成。
中国量子工程：已站在理论突破的门口
聊到量子科技，咱们中国的读者肯定会问：我们自己发展得怎么样了？
实话实说，在对抗“量子退相干”和提升量子比特寿命方面，中国目前处于世界第一梯队。
比如潘建伟院士团队的“九章”量子计算原型机，以及“祖冲之号”超导量子计算机。
它们的核心竞争力之一，就是如何通过极其复杂的制冷设备和物理屏蔽，把退相干降到最低。
此前，中国科学技术大学的团队也在类似的领域取得过突破。
他们曾利用人工设计的环境，反过来去调控量子的退相干过程。
而这次韩国团队的研究，在理论计算模型上给出了更普适的微观解释。
这对于中国正在研发的下一代硅基量子芯片或超导芯片，具有极高的参考价值。
我们要从“避开环境干扰”，转向“深入理解并利用环境干扰”。
在量子科技这个赛道上，理论的突破往往预示着工程实践的爆发。
虽然我们离人手一台量子手机还有很长的路要走。
但看清了“坍缩”的本质，我们离那个奇幻的微观未来，就又近了一大步。
正如李在东教授所说，这不仅是一个物理谜题的终结，更是一个新挑战的开始。
我们正在从“观察量子”，真正走向“操控量子”的深水区。
参考文献
原始论文：https://phys.org/news/2026-03-microscopic-mechanism-quantum-collapse-real.html
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