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                                                                          加入收藏| 設爲首頁| 聯繫方式
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                                                                          葡京赌场李傳鋒、項國勇研究組首次演示用集體測量減少測量對熱力學演化的反作用影響

                                                                          發佈時間:2019-03-05

                                                                          葡京赌场在量子測量研究中取得新進展:李傳鋒、項國勇研究組與德國馬克斯·普朗克研究所Martí Perarnau-Llobet博士合作aaa,在光子系統中首次實驗演示使用集體測量(collective measurement)減少熱力學中量子投影測量的反作用(back action)問題aaaaa。相關研究成果於201931日在線發表在國際權威期刊《科學•進展》(Science Advances)上aaaaa。

                                                                          在熱力學中aaaaa,人們爲了探求一個物理系統在演化過程中的能量漲落aaaa,分別對演化前和演化後物理系統的能量做一次測量aaaaa,然後用兩次測量的結果來計算能量的漲落——這就是傳統熱力學的兩次投影測量方法(two projective energy measurement)aaaaa。但是當我們要對量子熱力學系統做一個能量漲落的分析時aaaaa,這種傳統方法是行不通的aaa,因爲量子投影測量會完全破壞一個體系的量子疊加性aaaa,所以測得的能量漲落是不包含量子體系的量子疊加信息的aaa。這種由於測量而造成對系統演化的影響而無法準確估計能量漲落的限制aaa,在熱力學中被稱爲反作用力aaaaa。本工作的理論合作者Martí Perarnau-Llobet博士在2017年的一篇理論工作 [Phys. Rev. Lett.118, 070601 (2017)] 中指出aaaa,在不違背量子熱力學的基本漲落理論(fluctuation theorems)的前提下aaa,我們無法設計出一個測量方案完全避免反作用aaaa,但我們可以通過集體測量的方式來減少反作用的程度-----假如我們有兩份相同拷貝的量子態aaaaa,我們對這個整體做一個特定的廣義量子測量,就可以提取量子態中部分初始疊加性的信息aaa;也就是說aaa,通過集體測量aaaa,我們能減少投影測量所帶來的反作用aaa。

                                                                          項國勇等人及其合作者爲了在實驗中減少量子測量的反作用aaaaa,設計出了適用於線性光學系統的集體測量方案aaa,來有效的模擬一個量子熱力學過程aaaa。該體系利用了光子的多自由度特性aaa,將兩個量子態編碼到單個光子的偏振和路徑態上aaaaa,並通過對偏振和路徑的集體測量aaaa,從而提取出了初始量子態的疊加信息aaa,預測了具有初始相干性的量子態在特定演化下的行爲aaaaa,預測出了在此演化過程中aaaaa,能量的具體轉化方式aaa。該研究組同時做了一組對照實驗aaaa,模擬了傳統熱力學中的兩次投影測量方法aaaaa,同樣得到了一組能量轉化方式的預測aaaa。實驗結果如圖所示aaa,紅色與藍色代表了實驗預測的末態概率分佈與實際演化的概率分佈的保真度aaaa。實驗結果表明aaa,不管是針對不同的量子態aaa,還是不同的演化過程aaaa,由傳統方法得到的熱力學過程的預測結果與體系本身的演化行爲相去甚遠aaaaa,而用集體測量得到的結果更爲接近事實演化(在下圖實驗結果中表現爲更高的保真度)aaaa。

                                                                          集體測量減小測量反作用的實驗裝置和結果圖

                                                                          審稿人對該工作給予了高度評價aaaaa,寫道:“The present work is an excellent contribution in my view. I found the results appealing and the manuscript very well written(在我看來aaaaa,該工作是一個卓越的貢獻aaaaa。 我發現結果很有吸引力aaaa,而且稿件寫得非常好)”“The work is interesting, important, and novel(這個工作是有趣aaa,重要而且新穎的)”aaa。該工作對集體測量以及量子熱力學的研究具有重要意義aaa。

                                                                          文章的第一作者是中科院量子信息實驗室的博士生吳康達aaaa,通訊作者是實驗室項國勇教授和馬克斯普朗克研究所的Martí Perarnau-Llobet博士aaaaa。該項研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和教育部aaaa,以及Alexander von Humboldt基金的支持aaa。

                                                                          附文章鏈接:http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaav4944


                                                                          (中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部)