第 3 课 · 测量、坍缩、相干性与退相干 · 模块一:基础与工具

退相干:量子计算最大的敌人

  • 命题框:破坏相干性 = 非预期的测量 = 环境干扰(教材 §6.3 等式)
  • 演算链(环境测量如何摧毁 $|+\rangle$):
    1. 环境与比特耦合 $\approx$ 一次非预期 Z 测量:$|+\rangle \to |0\rangle$($p = 1/2$)或 $|1\rangle$($p = 1/2$)
    2. 复原实验重做:坍缩后的比特再经 H 并测 Z——当初坍到 $|0\rangle$ 得 0、坍到 $|1\rangle$ 得 1,各 $p = 1/2$ → 总分布 50/50,不再是第 10 页的 100%——H 复原术失效,相位确实丢失,量子比特退化为普通经典比特
    3. 三类干扰源(一行一个):杂散光子撞击 / 周围磁场波动 / 设备温度热振动
    4. 工程对策(数值):$T \to 0\ \mathrm{K} = -273.15\,{}^\circ\mathrm{C}$(热运动几乎停止);极低温 + 电磁屏蔽 → 延长相干时间 $T_{\mathrm{coh}}$
  • 结果框:相干时间 $T_{\mathrm{coh}}$ 是工程生命线;量子计算三步曲——准备叠加 → 幺正操控相位(错误答案路径相消、正确答案路径相长)→ 测量收割($P(\text{正确})$ 已被推高)
类型definition-derivation