作者:沈春蕾 程振伟 来源:中国科学报 发布时间:2021/4/28 11:36:50
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量子测量:找一份“事情少”“离家近”的工作

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日前,杭州电子科技大学量子精密测量实验室主任陆晓铭联合浙江大学物理学系教授王晓光,首次将海森堡测不准原理和量子多参数估计直接结合起来,提出一种新型的信息制约关系。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

陆晓铭告诉《中国科学报》:“利用这一新型制约关系,可以在许多问题中成功绘出兼顾多参数的最佳测量曲线,这意味着多个信号参数的量子精密测量研究获得了新的关键理论工具。

据悉,量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域,可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。

近年来,量子精密测量在引力波观测等方面备受期待。陆晓铭指出,量子精密测量也有“阿喀琉斯之踵”。“根据海森堡测不准原理,对于有些物理量而言,我们不可能同时对它们进行精确的测量。比如一个粒子,我们可以对它的位置进行最佳的测量,也可以对它的动量进行最佳的测量。然而,想同时对其位置和动量进行最佳测量,是不可能的,因为这是被量子力学所禁止的。”

研究发现,同时测量粒子的位置和动量时,相互之间存在一种制约关系。如何定量描述其中的制约关系,是多参数量子精密测量中一个长久以来未被解决的问题。

“我们的研究定义了一种‘信息遗憾’,用来定量刻画量子测量在估计未知参数方面和最佳情况相比的性能差距。进而可以基于信息遗憾推导出同时测量多个参数时的那些‘最佳组合’。” 陆晓铭打了一个比方:“‘量子’同学想找一份‘事情少’同时‘离家近’的工作,然而这两者往往不能兼得。当该同学已经得到一些录用通知时,会犹豫是否还有更好的机会。但基于本论文的方法,我们可以告诉这位‘量子’同学一系列最佳组合——事情尽可能少、离家尽可能近。”

陆晓铭表示:“比这些组合更理想的情况被量子力学所禁止,因此这些梦想中的机会永远不会出现。而如果你得到的录用通知不在这个最佳组合内,说明还有等待更好机会的意义。”

为了形象表示海森堡测不准原理中“多参数测量精度鱼与熊掌不可兼得”,陆晓铭表示:“既当百分百千里眼,又当百分百顺风耳,是不可能的”。而论文中绘出的“兼顾多参数的最佳测量曲线”,等于是找到了“既看得比较远又听得比较清”并且“发挥出所有潜力”的测量区域。

近年来,陆晓铭团队已完成量子精密测量实验室的初步建设,并在量子成像等方面连续取得多项重要进展。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.120503

 
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