2、量子世界的奥秘：电子自旋与光子偏振

量子世界的奥秘：电子自旋与光子偏振

1. 量子时钟的奇妙类比

想象有一个时钟，表盘上按标准位置标有小时刻度，还有一根指针。但你不能直接看时钟的表盘，只能向它提问。你想知道指针指向哪个方向，然而只能问指针是否指向表盘上的某个特定数字，比如问指针是否指向十二，或者是否指向四。

如果这是一个普通时钟，你很难恰好得到肯定的回答，因为大部分时候指针指向的方向与你所问的不同。但量子时钟不同，它要么回答“是”，要么告诉你指针指向与你所问方向完全相反的方向。例如，若问指针是否指向十二，它会回答是，或者说指针指向六；若问是否指向四，它会回答是，或者说指针指向十。这种奇特的情况与电子自旋完全类似。

电子自旋是定义量子比特的重要概念。若要进行计算，就需了解自旋测量的规则。下面先来看看多次测量时会发生什么。

2. 电子自旋测量的规律

2.1 同一方向的测量

测量具有可重复性。若重复进行完全相同的测量，会得到完全相同的结果。例如，测量电子在垂直方向的自旋，在第一套测量装置后面再放置两套同样的装置。一套放在能捕获被第一套装置向上偏转的电子的位置，另一套放在捕获向下偏转电子的位置。结果是，被第一套装置向上偏转的电子，也会被第二套装置向上偏转；被第一套装置向下偏转的电子，同样会被第二套装置向下偏转。这意味着，最初在 0°方向被测量为具有 N 自旋的电子，重复实验时在 0°方向仍具有 N 自旋；最初在 0°方向具有 S 自旋的电子，重复实验时仍具有 S 自旋。用时钟类比，若反复问指针是否指向十二，会反复得到相同的答案，即指针要么总是指向十二，要么总是指向六。

实际上，垂直方向并无特殊之处。若先在 θ°方向测量，然后反复在同一方向测量，每次都会