腔中的猫态为何先失去相干，再慢慢失去能量

把一小份光制备成两种可能的叠加

1996 年，Brune 和同事把只有几个微波光子的光场存进腔里，再让 Rydberg 原子与它作用。这种原子的外层电子被激发到离原子核很远，对微弱光场十分敏感。相互作用以后，原子的两种内部状态各自对应一种相位不同的光场，两种可能共同组成了一个小小的“薛定谔猫态”。

相位说的是振荡走到了周期中的哪一步。一个相干微波场可以有确定的相位，光子数却仍有涨落。这次制备把两个可区分的相位分支放在量子叠加里。研究者接下来要看：等上一段时间，两种可能之间的关系还保不保得住？

先想一种普通做法：扔硬币，正面准备第一种光场，反面准备第二种。做很多次，两种各占一半。这种统计混合，与两支相干的量子叠加，在只问“是哪一支”的测量中，可以给出一样的比例。

把两支重新合到一起，差别才显出来。相干叠加的结果会随相对相位变化，出现干涉；普通混合已经失去这种相位联系。只数能量，或者只看到两支各自存在，都会漏掉这层差别。

Brune 小组在等待之后送入第二个原子，再把两颗原子的探测结果配起来。由联合结果构成的一个条件概率差，可以感受到两支之间的干涉。1996 年测的是这种双原子关联。后来才出现把整个光场量子态重建出来的实验。

光从腔里漏出去时，跑出去的场会和留下的场关联起来。如果两条分支漏出的光有所不同，环境便带走了“是哪一种可能”的信息。即使没有人探测漏光，只看腔内光场，也会发现干涉变弱。这种局部可见干涉的减弱，叫退相干。

下式用一个一般的双分支模型表示这件事。Psi 表示系统与环境合起来的归一化状态；一和二标记两个正交、归一化的系统分支，两种 e 状态各自描述环境，c 系数是复数概率振幅。密度矩阵中带一、二下标的 rho 项描述相干，它要乘上两种环境态的重叠。环境越容易分清两条分支，这个重叠就越小。

这个简化公式选了正交的系统分支，实际猫态里的两个相干光场分量未必严格正交。它说明的机制是：系统与环境纠缠以后，只观察系统时，原本能看到的干涉会受到压低。

\begin{aligned}|\Psi\rangle&=c_1|1\rangle|e_1\rangle+c_2|2\rangle|e_2\rangle\\ \rho_{12}&=c_1c_2^*\langle e_2|e_1\rangle\end{aligned}

干涉已经很淡，腔里的平均能量却可能还剩大半。测能量是在问还留着多少激发，测相干是在问两种可能之间的关系还在不在。泄漏把两者联系起来：能量逐渐流走的同时，漏出的光也可能带走分支信息。

两种可能本来就容易分辨时，漏出去少量光，也能带走很多区别它们的信息。

1996 年的研究发现，两个光场分量在相空间里隔得越远，退相干就越快；相空间是在同一张图里描述振幅与相位的办法。比较时要一起考虑制备方式、已知的腔损耗、有限对比度和装置缺陷。这个结果针对那次制备和损耗模型，不同猫态可以有不同的衰减尺度。

技术上的随机相位漂移，也能抹平平均后的干涉。实验要控制延时和分量间距，测清腔的阻尼，并独立标定探测器响应。保持制备和分析方法不变，只改等待时间，才能看出相干怎样随时间消退。

实测关联点、理论曲线和相空间示意图，各自有不同用途。每换一个延时就换标定或估计方法，也可能造出一条假趋势，比较因此需要稳定的测量过程。在这些条件下，实验跟踪到了一个受控制备的量子态怎样失去相干。

与环境纠缠解释了可见干涉的消失。为什么一次测量最终给出某一个结果，以及量子力学各种诠释之间的争论，仍然开放。这里有一件具体的事已经能做了：制备一个叠加态，等一等，再测它与经典混合逐渐相近的过程。