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测量是物理学的基础,也是一切技术的基础。科学能够不断地进步,技术能够不断地升级,关键就是测量的能力在不断发展,测量的精度在持续增强。
比如引力波在地球上引起的变化,即使是长达几公里的探测器,也只有10的-18次方米这样的大小,但是我们也已经精确的测量了出来。当然这还不够,有的变化更小,比如两颗一般大小的恒星构成的系统发出的引力波产生的变化就非常小,需要我们想办法更好的测量。比如霍金辐射,温度在10的-8K一下,关键是光强还弱,现在就探测不到。
测量是基础,也是一个精细活。
测量包括三个部分,一个是要测量的现象或对象,比如一个量子比特处于什么样的态上,一个是测量的指针,也就是测量装置,一个是最终给出测量信息的装置,也就是最终把测量指针的变化给出来的装置。
最后这个往往会被忽略,因为第二个和第三个,往往作为测量设备,放在了一起。(测量指针和测量的读取装置)
测量的本质,是在测量的物理量的可能值和测量指针之间建立一个一对一的关系,当测量指针给出一个结果的时候,我们就知道测量的物理量有多大。
在微观世界,测量要遵从量子力学的规律,这就为测量带来很多的麻烦,一个关键是测量指针,天生就不会完全精准,因为有量子涨落。
如果测量的物理量的值比这个量子涨落还小,这就出来问题了,因为无法读取结果,这就是量子测量的问题。(与量子塌缩无关,这个问题我们还无法解决)
这里边有两种情况。一种是短暂的作用,像黑洞融合这样的剧烈而快速的过程。一种是持续的作用,很弱,但是一直都存在。比如两个黑洞围绕彼此旋转,两个中子星围绕彼此旋转,这个引力波产生的效果就要弱得多。
针对特定的情况,就要发展特定的量子测量技术。第一种的情况,就只能减少量子涨落,比如量子压缩技术,就非常有用。但是产生大的量子压缩,依然很难。第二种的情况,就更难了。但是这种作用是持续存在,可以一直测量,就可以设计一些新的测量方案。
当量子系统和量子指针之间的作用很微弱的时候,就会导致这量子指针的变化非常小,比这个量子指针的量子涨落还要小。
在1988年,阿哈诺夫和他的学生提出了一个简单而有效的方法。阿哈诺夫就是提出AB效应的这个A。
他提出来的这个想法,非常有意思。如果量子系统和量子指针没有作用,那么指针自然就不会变化。如果有作用,就是非常小,也会有变化。所以他就想,虽然这个变化非常小,比量子涨落还小,但是它也出现了。所以如果能够找到一个依赖这个变化的操作,那么就可以放大这个变化。
也就是说,如果指针没有变化,就不会有这个操作。如果指针有变化,就会发生这个操作。
你能猜到他想到的是什么操作么?
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GMT+8, 2024-11-24 20:09
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