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在核结构领域提出SU3-IBM之前,我对物理学最重要的科学贡献,就是和以前的学生李刚(他读本科的时候是我的学生,做研究的时候在大连理工读博),一起揭示了量子测量的秘密。最近五年由于一直沉浸在SU3-IBM中,导致这方面的研究中断了。期待一点点能够恢复这个方向的研究,因为我发现,最近的一些新研究有望开始深入探索我们这个领域的方向。我和李刚的研究,应该说有些过早,超出了同行的理解,但是我相信,过几年,我们的研究结果将会成为共识。
物理学的基础就是量子测量。在量子力学中,量子测量是一个极其玄奥的过程,与量子塌缩联系在了一起,究竟发生了什么,我们并不知道。但是量子测量究竟测量了什么,我们却揭示了根本的秘密。
举一个简单的例子,测量一个两态的量子系统,我们需要一个测量的机器,当然可以是量子的。测量的关键,和经典的用秤称大白菜没有区别,就是两态系统的每一个要测量的值,都对应测量机器的一个测量结果。
我们对于测量的理解,传统上就是这样的简单,一个一对一的对应关系。但是在测量的时候,就会被各种噪音所干扰。特备是测量系统本身就有量子噪音。在当前的引力波测量中,一个重要的问题就是引力波干涉仪本身的量子噪音。
如果测量的作用力非常小,比如引力波测量,那么测量的信号就会小于噪音,导致什么都测量不到。这是量子测量的根本问题。
怎么办?在经典的观念中,噪音是可以不断地减少的,但是到了量子世界,这个量子噪音是内禀的,不能消失。
当然,我们可以在量子不确定性的条件下,减少部分噪音。这是主要的研究思路。
但是有一个极其不可思议的事情。发现AB效应的阿哈诺夫给出了深刻的洞见,如果作用很弱,导致测量指针的变化非常小的时候,淹没在了量子涨落中,那么依然可以产生一个可以观测的大变化。
他和他的学生提出这个想法的时候,那个时候量子技术还没有怎么发展起来,所以当时看起来不是很重要。但是到了今天,我们已经知道,这个发现可以说是量子测量领域最重要的进展之一。
怎么做呢?阿哈诺夫说,对要测量的两态量子系统进行一个测量,他发现这会导致测量指针出现一个大的变化。这叫后选择弱测量。
我在2011年时候开始读博士,做的方向是量子光学,于是我就没事看看量子方向的文章,自然我就看到了后选择量子测量,我被这个简单而有趣的想法深深吸引。然后我就和当时还在读博的李刚同学一起来研究这个问题。
我很好奇,这个后选择是怎么就产生了量子指针的大的变化的,然后就是这个变化究竟有多大,这个放大的机制究竟是什么。
提出问题是重要的,解决的办法也很关键,这使得我们意识到了一个关键的秘密。后选择会导致量子指针的大的变化,而这变化的最大值就是这个指针的涨落。
这个发现也被其他的研究者所给出,但是他们并没有深入下去。于是我们迈出了重要的一步,就是对最常见的热态指针进行了计算,结果的确如我们所料,指针越热,放大的效果越好,而且测量的精度越大,这是一个极其反常的结果,也解释了量子测量的本质。
当有量子效应的时候,虽然涨落降低了我们测量的能力,但是如果做了后选择,反而会提升测量的精度。大自然自己解决了问题。
也就是说,如果有后选择,指针的涨落反而越大越好,非常神奇的结果。我期待能够把这样的想法进一步推广到引力波和霍金辐射的测量中。在这样的问题中,一个关键的问题是如何进行后测量,不过应该是有办法的。
所以说,量子测量有三类,一个是强的测量,这个和经典的情况没有太大的区别,一个是能够后选择的弱测量,这个已经研究的很多了,还有一个是不能做后选择的弱测量,其实也已经研究了很多了,但是一些结果还不明确。连续的弱测量其实也是一直在做研究的,我相信这里边有很多需要进一步研究的。原则上,一个连续的弱测量,应该等价于一个后选择弱测量。
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GMT+8, 2024-11-21 17:42
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