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量子力学的弱测量理论研究取得新进展

时间:2012-05-02 07:52:48 来源:合肥微尺度物质科学国家实验室|http://www.hfnl.ustc.edu.cn
  上世纪八十年代末期,由Aharonov等人提出的量子力学的弱测量理论,对于物理实在和观测量只在测量发生时才联系起来的观点产生了冲击,并基于此给出了一些有趣的量子佯谬。弱测量理论不仅提供了理解量子佯谬和一些基本问题的理论框架,而且提供了对微弱信号进行放大的一个实用工具。
  量子力学的弱测量包括了四个步骤:系统和仪器的初态制备,将二者用微弱的相互作用进行耦合,对于系统的后选择操作,以及最后对仪器数据的读取。基于先后选择的条件下,仪器的读数可以被显著地放大;而且在很多具体情况下,信噪比的放大也可以实现。例如,最近弱测量对信号和信噪比的放大作用被用于探测光的自旋霍尔效应以及光束的微弱横向偏移。
  与弱测量研究的主流方向不同,合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与信息研究部吴盛俊副教授带领的研究组,对弱测量理论在信号放大中起的作用以及该理论的局限性展开了较为系统的研究。他们推导出基于最广泛的前后选择下信号放大结果的一般表达式,证明了信号放大上限的存在,并给出了这一最优放大值。同时,他们指出,当量子噪声为主要噪声时,考虑后选择成功的概率,信噪比的放大不会很明显(Phys.Rev.A.83.052106 2011和Phys.Rev.A.84.052111 2011)。
  最近,吴盛俊副教授研究组同波兰Gdansk大学的Marek Zukowski教授合作,提出了一种对一对互补物理量共同进行弱测量的新方案。他们给出了对互补力学量共同进行弱测量的一般理论框架,并基于参量下转换过程提出了一个可控多用途的实用弱测量方案。基于此方案的弱测量相对于无后选择的情况可以对信号和信噪比提高几个量级。这一成果发表在《物理评论快报》 (Phys. Rev. Lett. 108.080403 2012)上。


 
  量子力学的弱测量理论,在借助量子干涉实现诸如信号放大等实际目标的同时,从一个不同的角度,开启了探寻更广阔的量子世界的窗口。预计在理论和实验两方面,弱测量会有更多令人期待的工作不断出现。
  这些工作得到国家自然科学基金委、科技部重大研究计划等项目的资助。

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