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一个关于光量子理论基础测量的十分必要的实验

已有 363 次阅读 2019-11-13 12:46 |个人分类:单光子的测量与控制|系统分类:科研笔记| 单光子, 光束强度的时间分布, 均匀与非均匀, 弱光束

众所周知, 检测有固定频率的单光子是否自身相干,确认给定的光子纠缠对,或者控制给定的单光子,这些都需要对强度极弱的相干光束中(已经确认相互分离,但仍保持原频率)的单光子检测其位置(或在给定位置“计数”)。


人们对相关检测做了如下假设:假设控制光束强度时间分布的仪器可以连续地减弱原光束的强度,使原来由强相干光源发出的强度时间均匀分布强光束变成非均匀分布弱光束,而且达到能够对仍具有原频率的单个光子定位(或计数)的程度。


但这种假设存在理论与技术上的原则问题:


  1. 理论上,一束强度时间分布不均匀的光,无论其强度的大小,肯定不是单色相干光(参考【1】),特别,它不是单光子,而是多种频率多种相位的单色光波的合成。由测不准原理, 此时无法同时准确测出单光子的频率与位置。


  2. 技术上,用控制光束强度的仪器连续降低所通过光束强度的物理过程绝对是值得讨论的。这是因为连续减弱均匀光束强度,减到一定程度时,一定会由于仪器自身与光束自身的量子效应,使所测得的光束强度不再均匀,这个详细机制需要认真研究。从数学上看,连续分布变到非连续分布也应该有其原因与阈值,需要给出相应的理论。


其实,上述技术问题是早就可以预见的,只不过至今被学术界普遍忽略。


由于没有认真讨论上述假设,而是约定俗成地认为可以对已知频率与方向的单光子进行计数或定位,这必然造成对量子力学测不准原理的疑惑;也会造成“可以随意控制给定单光子”的盲目乐观。


因此,为了量子力学的严肃性,为了深入认识光子,学术界需要认真讨论上述问题,研究可连续控制改变光束强度的具体仪器的构造与原理,研究光束强度由连续分布变到非均匀分布的阈值,研究此时的物理过程,研究强度时间非均匀分布的光束中不同频率单光子的分布。这些研究一定会极大地改进人们对量子现象的认识。


参考文献


【1】D. Bohm, Quantum Theory, New York, Prentice-Holl。1951 中文译本:《量子理论》,商务印书馆,1982





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2 文端智 苏保霞

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