量子系统能暗中“记忆”其过往——即便表面看来并非如此。科学家发现，系统是否表现出记忆取决于观察视角：是观察其演化状态，还是观察其可测量属性。每种视角揭示出不同类型的记忆，这意味着一个系统可以同时显得既无记忆又有记忆。这一发现可能会改变研究人员设计和控制量子技术的方式。
在经典物理学中，记忆的概念直观明了。如果一个系统的未来行为仅取决于其当前状态，则该系统被认为是无记忆的。如果过去的状态继续影响接下来发生的事情，则称该系统具有记忆。
量子物理学则远非如此清晰。量子系统可以以没有经典对应的方式存储和传输信息，而测量本身在这些系统的演化中起着关键作用。因此，在量子力学中定义记忆一直是一个挑战。
重新思考量子系统中的记忆
在发表在《PRX Quantum》上的一项研究中，来自芬兰图尔库大学、意大利米兰大学和波兰托伦哥白尼大学的研究人员重新审视了量子系统中的记忆概念，以更好地理解其含义。
“我们的研究表明，记忆不是一个单一的概念，而是可以根据系统演化的描述方式以不同的形式表现出来，”该研究的第一作者、图尔库大学的博士研究员Federico Settimo说。
量子力学中的两种视角
科学家们长期以来通过追踪量子态随时间的变化来研究记忆，这种方法植根于埃尔温·薛定谔的工作。然而，量子理论还提供了另一种由维尔纳·海森堡发展的同等重要的框架。这种视角不关注状态，而是关注可观测量如何演化，即在实验中看到的可测量属性。
尽管这两种方法产生相同的实验结果，但这项新研究表明，在描述记忆时，它们并不能互换。
揭示隐藏的记忆效应
研究团队发现，这两种视角可以揭示不同类型的记忆。一些记忆效应仅在分析量子态演化时出现，而另一些则仅在关注可观测量时才变得可见。
这意味着一个量子系统在一种描述中可能表现为无记忆，但在另一种描述中却显示出明显的记忆迹象。这一发现表明，量子记忆比以前认为的要复杂得多，仅通过观察量子态无法完全理解它。
对量子技术的意义
“我们的发现为量子系统动力学的研究开辟了新途径。此外，我们的工作除了对量子技术的基础意义外，还具有更广泛的影响，因为在量子技术中，外部环境会引入噪声和记忆效应。了解如何检测记忆对于开发减轻噪声或在现实量子设备中利用环境效应的策略至关重要，”图尔库大学理论物理学教授Jyrki Piilo说。
通过阐明记忆在量子系统中如何运作，这项研究为量子动力学的一个基本方面提供了新的见解。它还强调了量子时间演化的独特性质如何重塑甚至像记忆这样的基本概念，这对未来的技术具有潜在的影响。