Quantum Interference：量子干扰

量子干扰（quantum interference）是量子理论中最具挑战性的原理之一。这一概念指出基本微粒不仅可以存在于多个位置（通过重叠），而且可以穿过它自身的轨迹在其前进方向上进行干扰，例如光子。有关光是微粒还是波的争论可以追溯到300年前。在17世纪，牛顿声称光有物质流组成内阁；在19世纪早期，Thomas Young进行了双缝实验证明光有波组成。虽然Young的实验结论很难被接受，但通过重复的实验，产生了有关量子干扰的证据。著名的物理学家Richard Feynman宣称量子机制的实质可以从双缝实验的探索中得到。Young实验的变体，就是用一株光瞄准相互垂直的两个缝的边界。光穿过缝隙，结果被记录在胶片上。如果覆盖一条缝，显示的图像结果是：一条与开着的缝隙相平行的光线。直觉上，如果两条缝都开的话，光形成的图案应该是与缝隙相平行的两条光线。然而，实际情况是，胶片完全被分割为变换角度的多条黑白相间的线。这一结果表明，波/微粒在通过缝隙时发生了干扰，虽然他们在表面上是两条不相交的轨迹。
　　
　　我们想如果这一株光子速度足够慢以至于保证使单独的光子撞击胶片，可能就没有干扰了，形成的结果图案就变成与缝隙平行的两条光线了。事实是，结果仍然显示为干扰情况，也就是说，单个微粒在进行自我干扰。这看起来不可能啊，我们认为单个光子将通过其中的一条缝隙，并中止于两条可能的光线域的一个，但情况却并不是这样的。如Feynman推断的那样，每一个光子不仅通过两条缝隙，而且同时穿过了路途上的每一个轨迹。
　　
　　为弄明白这是如何发生的，又做实验跟踪了每一个光子的轨迹。这个实验显示测量在某种程度上干扰了光子的轨迹（与量子理论的不确定性原理相一致）。实验结果演变为传统物理学的预言：胶片上的两条光线，与障碍物中的缝隙相平衡。停止测量后，结果图案又变为黑白程度变化的多条线。
　　
　　量子干扰的研究正得到越来越广泛的应用，像超导光子干扰设备（SQUID），量子密码术和量子计算。

最近更新时间：2008-06-17 EN