2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷特和约翰·M·马丁尼斯，以表彰他们在电路中实现宏观量子隧穿效应和能量量子化的突破性发现。突破性意义是‌：首次将量子效应从微观尺度（如单个原子）扩展到宏观系统（毫米级电路），验证了“薛定谔的猫”类宏观量子态的可能性。‌‌听起来很高大上。其实，这里面可能涉及一个核心的问题，那就是如何区分量子世界和宏观世界？其中相干性和退相干性是连接着量子世界与宏观经典世界的桥梁。

下面我们用一个系统的比喻来进行阐述。

想象一枚硬币：

• 相干性：就像一枚在空中快速旋转的硬币。在它落地之前，它同时处于“正面”和“反面”的叠加态，是一个统一的、不可分割的整体。

• 退相干：就是这枚硬币倒下并静止的过程。一旦静止，它就变成了一个确定的经典状态——要么是正面，要么是反面。

• 是什么？它是量子叠加态的核心特征。当一个系统（比如一个粒子）处于多个状态的叠加时，这些不同状态之间存在着确定的相位关系。

• 关键后果：干涉这种相位关系使得不同状态的波函数可以像水波或光波一样相互加强或抵消，从而产生干涉图案。这是量子系统最典型的非经典行为。

• 例子：双缝实验一个电子同时通过两条缝（处于“通过左缝”和“通过右缝”的叠加态），这两个“可能性”波相互干涉，在屏幕上产生明暗相间的条纹。这就是相干性的直接证据。

小结：相干性 = 量子态之间的“协同合作”能力，能够产生干涉。

• 是什么？它是一个过程。在这个过程中，一个量子系统失去了它的相干性。叠加态中不同状态之间的相位关系被破坏，使得它们无法再发生干涉。

• 为什么会发生？—— 与环境发生纠缠没有一个系统是绝对孤立的。量子系统总会与周围的环境（如空气分子、光子、热辐射等）发生极其微弱但无法避免的相互作用。这个相互作用导致了一个关键后果：系统与它的环境形成了纠缠态。例如，系统的状态 |A› 会导致环境处于 |Env_A›，而状态 |B› 会导致环境处于 |Env_B›。整个“系统+环境”的复合态就变成了：|Ψ› = α|A›|Env_A› + β|B›|Env_B›

• 退相干的最终效果对于我们（观察者）来说，我们无法跟踪环境那数万亿计的自由度的状态。我们只能描述系统本身。当我们忽略环境，只关注系统时，那个统一的、相干的叠加态 α|A› + β|B›，就看起来像一个经典的混合态：系统以 |α|² 的概率处于 |A›，以 |β|² 的概率处于 |B›。相干性并没有“消失”，它泄露到了我们无法测量的环境中。从我们观察系统的视角看，它表现得就像一个经典的概率分布。

• 例子：薛定谔的猫

• “死猫”状态会导致一种特定的环境状态（比如，气味分子开始扩散）。

• “活猫”状态会导致完全不同的环境状态（比如，发出叫声，呼出热气）。

• 相干状态：猫处于 |死猫› + |活猫› 的叠加态。

• 退相干过程：猫这个宏观物体由数万亿个原子组成，它与箱内的空气、光线、温度等环境因素发生海量的相互作用。

• 最终结果：在极短的时间内（快到你无法察觉），“系统（猫）+ 环境”就纠缠在一起。对于我们来说，猫就不再是既死又活的叠加态，而是要么死了，要么活着。退相干解释了为什么我们看不到宏观物体的量子叠加现象。

小结：退相干 = 量子系统因与环境纠缠而失去相干性的过程，导致其行为看起来像经典物体。

相干性和退相干是“拥有”与“失去”的关系。

• 相干性是量子系统与生俱来的、未被干扰时的“超能力”——同时处于多种状态并相互干涉。

• 退相干是当这个系统暴露在现实世界中，被环境“偷窥”和“干扰”后，失去这种“超能力”的过程。

理解退相干是现代物理学的一个巨大成就。它并不需要新的物理定律，它仅仅是用标准的量子力学（特别是纠缠的概念）就解释了 “薛定谔的猫为什么不会既死又活” 以及 “经典世界如何从量子世界中涌现出来” 这个根本性问题。

在量子技术中（如量子计算机），我们的核心任务就是与退相干赛跑：千方百计地隔离环境，保护量子比特的相干性，以便在它退相干之前完成计算。