www.36678.com
当前位置:www.36678.com > www.36678.com >
中国科大等实验演示用群体测量减少丈量对热力
添加时间:2019-03-08
 

在热力学中,人们为了探索一个物理系统在演化过程中的能量涨落,辨别对演化前和演化后物理体系的能量做一次测量,而后用两次测量的结果来打算能量的涨落——这就是传统热力学的两次投影测量方式(two projective energy measurement)。然而当人们要对量子热力学系统做一个能量涨落的分析时,这种传统措施是行不通的,因为量子投影测量会完全破坏一个系统的量子叠加性,所以测得的能量涨落是不包含量子体系的量子叠加信息的。这种由于测量而造成对系统演化的影响而无奈准确估计能量涨落的限度,在热力学中被称为反作使劲。该工作的实际配合者Martí Perarnau-Llobet在2017年的一篇实践工作[Phys. Rev. Lett. 118, 070601 (2017)]中指出,在不违背量子热力学的基本涨落理论(fluctuation theorems)前提下,无奈设计出一个测量打算完整避免反作用,但能够通过集体测量的方法来减少反作用的程度——假如有两份相同拷贝的量子态,对这个整体做一个特定的狭义量子测量,就可能提取量子态中部分初始叠加性的信息;也就是说,通过集体测量,能减少投影测量所带来的反作用。

群体测量减小丈量副作用的实验装置跟结果图

中国迷信院院士、中国科学技能大学教养郭光灿团队在量子测量研究中取得新进展,该研究团队李传锋、项国勇研究组与德国马克斯·普朗克研究所博士Martí Perarnau-Llobet合作,在光子系统中首次实验演示运用集体测量(collective measurement)减少热力学中量子投影测量的反作用(back action)问题。相关研究结果于3月1日在线发表在国际期刊《科学进展》(Science Advances)上。

文章第一作者是中科院量子信息实验室博士生吴康达,通讯作者是项国勇和Martí Perarnau-Llobet。该项研究得到科技部、国家自然科学基金委、中科院和教诲部,以及Alexander von Humboldt基金的支持。

项国勇等人及其配合者为了在试验中减少量子测量的副作用,设计出适用于线性光学体系的集体测量计划,来有效地模拟一个量子热力学过程。该系统利用了光子的多自由度特点,将两个量子态编码到单个光子的偏振和门路态上,并通过对偏振跟途径的集体测量,从而提取出了初始量子态的叠加信息,猜想了具备初始相干性的量子态在特定演变下的举动,猜测出了在此演化过程中,能量的具体转化方式。该研究组同时做了一组对照实验,模仿了传统热力学中的两次投影测量方式,同样得到一组能量转化方法的预测。实验结果如图所示,红色与蓝色代表了实验预测的末态概率分布与实际演化的概率散布的保真度。实验成果表明,不管是针对不同的量子态,还是不同的演化进程,由传统办法得到的热力学过程的预测结果与体制本身的演化行动相去甚远,而用集体测量得到的结果更为濒临事实演化(在下图实验结果中表现为更高的保真度)。

审稿人对该工作给予了高度评估。该工作对群体测量以及量子热力学的研讨存在重要意思。