这个问题是一个深坑。|硬核:在量子世界,如果观察者是一头猪,也会产生观察者效应吗?( 二 )


这个问题是一个深坑。|硬核:在量子世界,如果观察者是一头猪,也会产生观察者效应吗?
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根据我们的假设3 , 观察过程满足薛定谔方程 , 那么对于s的任意状态:
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根据薛定谔方程的线性演化:
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我们可以看到 , 系统和猪共同演化形成了纠缠态 。
对猪而言 , 当它完成了一个观察 , 必然会导致它的猪脑的状态相应发生了变化 。 如果猪脑的两个记忆态可以明确区分 , 那么每个记忆态就明确对应着一个系统的状态 , 那么这个观察结果就很清楚地被记忆下来了 。 我们就可以根据猪脑的状态推知系统的状态(你可以想象成猪产生了清晰的认知印象)
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反之 , 如果猪的两个记忆态完全重叠 , 那么我们无法区分这猪脑态 , 因而观察就没有有效的结果(你可以想象成猪产生了完全混乱的印象) 。
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请注意 , 为了生动表达 , 我这里比较不严谨地用了“猪脑”、“印象”这样的措辞 。 其实这不意味着猪需要有意识 。 我们完全可以把猪想象成一台仪器 , 猪脑就是一个仪表盘 , 仪表盘的指针可以偏向于0和1两个刻度 , 来指示系统的两个状态 。 如果两个刻度偏离很大 , 并且指针也很稳定 , 那么我们很容易判断出它到底偏向哪一个刻度(“猪脑”清晰的认知印象) , 这就是一个完美测量 。 但是 , 如果指针偏离程度很小 , 并且还在不停地在颤动 。 那么我们就会犯嘀咕:因为我们不太容易看出指针到底指向哪一个刻度 , 此时就很容易发生误读 , 这就是一个不完美测量 。 极端情况下 , 指针的偏离很小但是颤动很大 , 于是读数完全被颤动淹没掉了 , 那么我们就完全无法区分它到底偏向哪一边 , 此时它就完全“重叠”在一起 , 那么此时 , 仪表完全无法获取系统的任何信息–此时观察就失败了 。
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无效测量
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完美测量
我们知道 , S和猪之间的纠缠程度 , 可以通过计算它们的共有信息(mutualinformation)来判断 。
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其中 , 这里面的信息是用冯诺依曼熵表示的 。 S或猪的信息 , 是我们在复合系统中抛弃(traceout)另一方得到的信息量 。 共有信息的解读之一就是 , 当我们知道猪的状态时 , 能够得到S状态的信息多少–用大白话说 , 就是猪可以“告诉”我们关于S状态的信息量是多少 。
简化起见 , 我们令:
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很容易我们可以得知:
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我们可以看到 , 当猪可以明确分辨观察结果的时候 , 也就是
的时候 , 猪和系统形成最大纠缠 , 上述共有信息最大 , 具体为一个比特(ln2) 。 而猪完全无法分辨观察结果的时候 , 也就是
的时候 , 猪和系统之间就没有任何纠缠 , 上述共有信息就变成了0 。
也就是说 , 当猪与系统形成最大纠缠的时候 , 它就从系统获得了最多的信息 , (也就是说 , S的两个状态和猪的两个可?辨?的状态完全关联 。 当我们知道猪为0态 , 我们就有100%的概率知道S也为0态 , 反之亦然 。 这种观察是完全确定的 , 并且是完全准确的 。 )就完成了一次“完美观察” 。 反之 , 如果它们不形成任何纠缠 , 猪也就无法从系统获得信息 , 这就是一次无效观察 。