图：量子信息保存关系及经过“弱测量”和“还原操作”的量子态示意图（G：测量得到的信息，F：测量后保留在量子态的信息，R：成功还原的概率）。

薛定谔的猫是为了解释量子物理学的核心特征（量子叠加和量子测量）的一个思想实验。在这个实验中，盒子里的猫可以同时是活的和死的（量子叠加），它的状态（死的还是活的）是在盒子打开的那一刻决定的（测量）。这种量子叠加和测量不仅是量子物理学的基础，也是量子计算和密码学安全的保障。

该研究小组由韩国科学技术研究院量子信息中心（KIST，校长Seok Jin Yoon）的Seongjin Hong，Hyang-Tag Lim和Seung-Woo Lee博士组成，他们首次推导并验证了量子测量中的信息保存关系。这增强了量子信息技术的安全性，即使在弱量子测量领域也是如此。

打开容纳猫的盒子（量子测量）以获取有关它是死的还是活的信息，将猫同时死亡和活着（量子叠加）的初始条件更改为死亡或活着。换句话说，猫从我们得到它“死”的信息的那一刻起就已经死了，或者从我们得到它“活着”的信息的那一刻起，它就活了。由于量子测量的不可逆性，猫的状态无法逆转。

但是，如果测量没有完全完成，即如果盒子被打开一点只是为了露出猫的尾巴，会发生什么？这个事件在量子力学中被称为弱测量。在这种情况下，无法获得关于猫状态的完整信息，并且可以使用测量反转将猫的状态恢复到其初始状态。因此，通过考虑获得、干扰和可逆信息的数量来建立量子信息保存关系，是量子物理学中的挑战，也是保证量子技术安全性的重要任务。

研究小组从理论上推导出了一种信息保存关系，考虑了倒车概率以及现有的信息获取和状态扰动的关系。使用波片和偏振器等线性光学元件来实现弱测量和“反转操作”，并将它们应用于3D量子态，通过实验验证了这种信息保存关系由单个光子实现。这种信息保存关系表明，通过增加测量强度来获得更多关于量子态的信息会更加扰乱量子态。同时也表明，扰动状态反转到弱测量前的初始状态的概率变低。请注意，如果可以将受干扰的量子状态反转为其初始状态，那么量子密码学的安全性可能无法得到保证。

领导这项研究实验的Hong博士和Lim博士以及领导该理论的Lee博士说：“这是通过证明，即使通过测量也无法增加量子态的信息总量，来完美地证明量子技术在原则上是安全的结果。我们希望将其应用于量子计算、量子密码学和量子隐形传态的优化技术。”

论文参考链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.050401

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