@ 2012.09.12 , 23:00

有厘头研究:量子神马的真是最难懂了

1927年发现的海森堡测不准原理是量子力学的基础理论之一。它的表述方法之一就是:对任何物体的测量肯定会扰乱这一物体本身。举个例子,对任意单个粒子的位置的测量必然改变它的速度。

近一百年以来,这一理论一直困扰着将量子物理界。但最近多伦多大学展示了他们的研究结果:他们找到方法证明了“测量”本身对物体的影响并没有那么大。海森堡先生太消极了。

多伦多大学Aephraim Steinberg 教授的量子轨迹研究小组的备选成员Lee Rozema和同实验小组的硕士生Dylan Mahler曾经参与了对量子“弱检测”精确性的研究。在此过程中,他们使用了量子的纠缠态特性。这一研究展示了“弱检测”精准性比传统观念认为的要高。这一结果引发了对海森堡测不准原理的置疑。两人准备了几对处于纠缠态的量子以研究对量子极化性质的测试在多大程度上对量子产生影响。

妮妮的小科普:若想看懂下文,请仔细阅读。

弱检测:Weak-measurement
在量子物理学界,弱检测将被测量子系统和测试设备配对。在检测中,测试设备的指针由于与测试系统配对而被移动以指示被测物体的”弱值“。而被测量子系统不受影响。本文译自 wikipedia,由译者 萝卜君 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

弱检测中所用的“配对”方式:
量子的纠缠态:photon entanglement
处于量子纠缠态的量子系统成员们保有特别的关联性:当系统中一颗量子被操作(例如量子测量)而导致状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。比如处于纠缠状态下的两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子。即使他们一个身处太阳边,而另一颗远在冥王星,他们仍保持量子性质的一致。
在如此遥远的距离下,它们之间似乎有“神灵般的远距离相互影响”,仿佛两颗电子在进行超光速秘密通信。本文译自 wikipedia/baidu,由译者 萝卜君 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

妮妮的理解:就是一个量子系统,系统中有两个或两个以上的量子(量子A和量子B)。而这两个量子系统因为处于纠缠态而保持状态一致。我们把其中一个量子作为探针(量子B),另一个作为被测物(量子A)。当被测量子(量子A)性质改变时,探针量子(量子B)的性质会发生改变。而探针量子(量子B)的应激改变就是“弱值”。这样的检测因为检测者被动记录探针量子(量子B)的改变而不是去主动测试被测量子(量子A),所以能够避开海森堡测不准原理而测量被测物(量子A)的特性。

晕了没?没有?好了最难的已经过去了。来看个福利小图歇歇
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Lee Rozema博士说“我们设计了一种实验设备一测试单个量子的极化。然后,我们需要检测对这一量子极化性质的测试在多大程度上影响了这个量子本身。” 他是Physical Review Letters本周发表的一篇论文的第一作者。“ 为了达成这个目的,我们需要在极化测试之前对这一量子进行预测试以建立参考系。但是,这一预测试本身也会影响量子的性质。"

在进行极化性质测试之前和之后,研究者们都对被测物进行了预测试。他们在对测试结果比较之后发现极化性质的测试对量子的影响并没有海森堡测不准原理所预测的那么大。Rozema说“每次测试我们都只能得到关于极化测试对量子影响的一小点信息,多次重复后。我们就能高清这个影响到底有多大。”

这个发现是最近世界范围内对海森堡测不准原理的置疑之一。Nagoya大学的物理学家Masanao Ozawa曾在2003年提出海森堡测不准原理不适用于实际测试。但他只能提出一个间接的方法一证明他的推断。而在去年Vienna University of Technology的Yuji Hasegawa的研究小组部分证明了他的推断。在2010,Griffith University的科学家Austin Lund和 Howard Wiseman (Howard!!)证明了弱检测能够用来记录对某个量子系统的常规测量过程。研究者需要使用一台小型的量子电脑以证明他的想法,。而这种电脑很难制造。

Rozema 说到:“在过去,我们曾实验性的应用弱检测方法,我们曾用“团簇态的量子计算”方法来制造量子计算机。将这两种方法结合,我们能将Lund 和Wiseman的想法在实验室中得到实践。” 传统论断是任何量子系统的本身和对量子系统的检测都要符合海森堡测不准原理。但是上述结果展示了事实并不是这样。Rozema继续说“这些结论让我们开始思考已有的量子理论在量子检测中设置的限制是不是都成立。这些限制中,许多都是支持量子物理的基石。它们也是发展‘量子密码学’的基础理论。海森堡测不准原理中认为任何对量子状态的检测都会改变这一状态。所以,如果用量子状态来传递信息,任何试图测试状态以破译信息的行为都很容易被侦测到。”他继续说“量子世界充满了不确定性,但是我们对它的研究却没有我们预想的那样不确定!”本文译自 phys,由译者 萝卜君 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

在我心中,量子物理学家都是这个样子的……
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