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后选择量子测量的放大效应 (2) 涨落

已有 545 次阅读 2024-11-27 15:56 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    量子力学诞生于1925年,快一百年了。这个理论诞生以后,我们才知道,微观粒子拥有一些非常奇特的性质。比如一个自由的粒子。经典力学中,我们知道,一个不受力的粒子,处于静止或匀速直线运动这样的运动状态上。这说了一个非常有趣的事情。一个粒子不受力,有人可能会说就这一个粒子了,没什么可琢磨的。不是这样的,实际上还有剩余的时空,要不然也没有运动。那么这个匀速直线运动,就意味着整个时空都是均匀的。

   到了量子力学,如果整个时空都是均匀的,那么这个微观粒子就无法识别任何的时空位置,那么就会存在于所有的时空点上。我们知道这意味着这个粒子有一个唯一的动量。

   在量子力学中,一个物理量和它的共轭物理量,是有关联的。这个关联首先被玻恩和狄拉克发现。原因是不确定性,这导致两个物理量的算符不是对易的,有一个对易关系。这也导致海森堡发现了这两个物理量的不确定关系。他们的不确定度(涨落)的乘积有一个最小值。

    这个很有趣。但是不意味着一个物理量的不确定度不能非常小。如果另一个物理量的不确定度非常大,这个物理量的不确定度就可以非常小。对于任何有关联性的事情,这是一个非常深刻的道理。虽然谁都知道,但是当应用到量子测量的时候,一些研究者却忘了这最基本的关系,沉迷在数学计算之中,给出了错误的解释。

    比如一个简谐振子,即使是能量最小的状态,也会运动,我们称为零点振动。这个振动,不仅是位置有变化,而且动量也有变化。这两个变化的涨落的乘积就是可能的最小值。如果我们想要测量的位置变化比这个位置的涨落还要小,那么就显示不出来。

    所以一个很重要的技巧,就是量子压缩。压缩谁?压缩位置的涨落。怎么压缩?让动量的涨落变得更大。看到了么,这个量子测量是一个很神奇的事情,不能用经典的测量来简单的对应。

    我们是可以让测量一个物理量的精度非常小的,但是代价是另一个共轭物理量,或者是和这个物理量不对易的物理量的涨落非常大。

    所以,涨落在量子测量中扮演了一个基本的角色,这是量子力学本身决定的

    在后选择弱测量中,本质上就是在利用这个涨落关系,但是这一点却没有被形成广泛的共识。

    测量一个量子系统的物理量,需要一个量子指针。如果这个真正真的是无穷小的,没有涨落,在信息论中,就会出现一个事情,就是无法储存信息。

    什么是信息?一个确定的东西,是没有信息的。一个混乱的东西,就可以有信息。这看起来和我们的感觉不一样。这里边的关键不是信息,是储存信息。在量子测量中,一个物理量测量的有多准确,就和一个叫量子费舍尔信息的量有关。这个东西,本质上就是不确定度关系。但是一些研究者,知道要计算量子费舍尔信息,但是忘了不确定关系。

    所以很有意思的事情发生了,如果要测量的更准确,那么就一定要有一个大的涨落,这样才能储存更多的信息。

    量子费舍尔信息越大,那么测量的精度就会越好。这本身就意味着这个测量量的共轭物理量的涨落越大。

    而在后选择测量中,这个问题就会变得更加有趣。



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