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后选择量子测量的放大效应 (6) 一个简单的例子

已有 777 次阅读 2024-11-30 10:02 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

     我研究的领域有热点,也有冷门。冷门当然是核结构,整个领域都很冷,而我研究的是这个领域基本已经冷到底的相互作用玻色子模型,这个模型比较简单,还出现的比较早(1975)年,所以已经没什么可研究的了。这样的领域,如果想做好的研究,就必须提出新的观念,结果的确被我做到了。热点就是后选择量子测量,这个方向开始的时候是和李刚一起做的。他做的比较多,我自己也做了两篇文章。如果不是核结构领域有了新发现,我就一直做量子方面的研究了。

    量子的方向就是,一是重要(第二次量子革命),二是简单(基本上有点量子力学的只是就可以),三是应用广泛(各种可能的量子技术),所以是超级的大热点。就是是一个小方向,比如量子光学中量子光力学(我写了两篇文章),给我的感觉比整个核结构都热。但是整个领域,由于基础理论的缺乏,以及一些错误的宣传,导致很难让人相信。并不是不对,而是一些研究可信度让人怀疑。

    所以如何评价学术研究的科学水平,真的是一件非常重要的而且困难的事情。像量子测量这样的基础领域,虽然非常简单,但是文章依然如泉水一般喷涌而出。

    一个经常遇到的例子,就是测量光作用后的相移。这里边我说的简单,当后边具体讨论的时候,我会说的更详细。

    一束光如果没有作用,那么它的相就不会发生变化,这里边的相,就是我们平常说的相位角。如果有了作用,那么相位角就会发生变化,这个就是相移。当发现微观粒子都具有波粒二象性以后,所有的微观粒子就都具有波动性了,就都是波了,所以当这些粒子发生作用以后,也会发生相移。

    所以测量相移是一个很重要的事情,广泛的存在各种实验中。最经验研究的当然是光了。很多时候,这个作用很小,所以相移也很小。

    量子测量,就是研究各种量子指针,看看哪一种测量精度更高。当然为了提高信号的显著度,也研究怎么提高作用强度。这个精度更高究竟是和什么对比呢?就是相干态。相干态被看成是最接近经典的量子态。激光就是相干态。这个态的类比位置的量的涨落和类比动量的量的涨落的乘积满足最小的量子不确定关系。

    在量子力学中,相角的共轭物理量是粒子数算符,也就是描述光子数的量。这个对于不了解量子力学的可能有些难以理解。所以导致相角发生变化的原因,是光态中的光子数。光子数越多,这个相移就越大。就好像动量越大,指针的位置变化的就越大一样。

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    虽然相干态的类似位置的量的涨落和类似动量的量的涨落满足最小的不确定性关系,但是它的粒子数涨落却不是很大。它的涨落只与它的粒子数的平方根成正比,这就导致经典的量子测量的标准极限。

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     如果改成压缩光,这个粒子数的涨落就会变大。如上图,相角方向的涨落被压缩了,而径向方向,也就是粒子数的方向增大了。很容易能看出来,粒子数的涨落变大了,所有能够提升测量相角的精度。

     问题在于热态的涨落也很大。在测量相角的研究中是不考虑热态的,为什么呢?一是测量的相角变化比较小,热光是所有的涨落都会变大,所以会导致信号不明显。但是一个更重要的原因是,热光没有作用,不会出现相移。

    在纯的量子态中,比如相干态,满足态叠加性,可以用粒子数态来展开,而不同的粒子数态经过作用以后,会出现一个与粒子数成正比的一个相位角的变化,这就导致整个量子态会发生变化。但是热态不满态叠加性,它的粒子数态是混合的,虽然每一个粒子数态的确产生了相移,但是由于没有叠加性,最后导致每个粒子数态都没有变化,因为单个的粒子数态在任何的相移下都是一样的,没有变化。

    所以热态没有相移,这也导致在研究相移的研究中,不考虑热态。

    但是在一般性的研究中,这个思路就出现了问题。很多时候,一个热的指针是可以和量子系统发生作用的。如果作用很强,那么提升测量精度的时候就可以考虑热态。但是这个考虑,就我所知,没有发生在量子测量的研究群体中。

    这样的一个从经验导致的错误研究思路,是非常有问题的。

    什么意思呢?也就说,研究量子测量,不仅要和相干态做对比,也要和热态作对比。如果在同等资源下,比如粒子数,非经典性导致的测量精度比相干态,特别是热态还要好,那么才是有效的。而这个时候,我们还得分析,这个量子源的制造是不是可能的。

    非经典性的优越性,就是要比所有的经典态都好,而经典态不但有相干态,还有更重要的热态。非经典性意味着量子关联,也就是量子不确定性,同样都是不确定性,量子的怎么就一定比热的好呢?

    如果加点热就很好,那么弄那么复杂的非经典态的意义在哪里呢?当这个问题引入后选择以后,就会变得更加有趣。我的研究经验告诉我,量子技术领域的研究充满着错误的观念。

    我相信我和李刚在量子测量领域的研究,彻底的改变了我们对于量子测量的理解,就和我核结构领域的研究一样,彻底的改变了核结构甚至核物理。

    这6小节,简单了介绍了标准量子测量,也就是没有后选择的,基本概念和基本思路。量子领域的研究,大部分都很简单,也很有趣,但是很多研究者忘了量子力学中的基本常识,以讹传讹,出现了很多错误,做出的研究实际上没有真正的价值。



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