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多信号量子精密测量有了新工具

2021-04-30 中国科学报 沈春蕾 程振伟
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  近日,《中国科学报》获悉,杭州电子科技大学量子精密测量实验室教授陆晓铭联合浙江大学物理学系教授王晓光,首次将海森堡测不准原理和量子多参数估计直接结合起来,提出一种新型的信息制约关系。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

  陆晓铭告诉《中国科学报》:“利用这一新型制约关系,研究人员可以在许多问题中绘出兼顾多参数的最佳测量曲线,这意味着多个信号参数的量子精密测量研究获得了新的关键理论工具。”

  据悉,量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域,可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。陆晓铭指出,量子精密测量也有“阿喀琉斯之踵”的称号。“根据海森堡测不准原理,对于有些物理量而言,我们不可能同时对它们进行精确测量。比如一个粒子,我们可以对它的位置进行最佳测量,也可以对其动量进行最佳测量。然而,想同时对其位置和动量进行最佳测量,是不可能的,因为这是被量子力学禁止的。”

  研究发现,同时测量粒子的位置和动量时,相互之间存在一种制约关系。

  “我们的研究定义了一种‘信息遗憾’,以便推导出同时测量多个参数时的‘最佳组合’。” 陆晓铭打了一个比方,“‘量子’同学想找一份‘事情少’同时‘离家近’的工作,然而这两者往往不能兼得。当该同学已经得到一些录用通知时,会犹豫是否还有更好的机会。但基于本论文的方法,我们可以告诉这位‘量子’同学一系列最佳组合——事情尽可能少、离家尽可能近。”

  针对海森堡测不准原理中“多参数测量精度鱼与熊掌不可兼得”,陆晓铭形象地比喻说,“既当百分百千里眼,又当百分百顺风耳,是不可能的”。而论文中绘出的“兼顾多参数的最佳测量曲线”,等于找到了“既看得比较远又听得比较清”并且“发挥出所有潜力”的测量区域。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.120503

打印 责任编辑:阎芳

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