如何利用光量子不確定性發現新的粒子?

2021-01-15 情滿懷上得

量子計算機技術量子通信技術量子軟體物理上的量子物理學可以用中學物理知識來解釋,最基本的是玻色弦理論和海森堡不確定性原理。根據歐洲量子理論協會的說法,20世紀以來的學術科學進展,特別是宇宙學和量子統計物理方面的發展,都是對電磁現象(廣義的電磁現象包括力學和量子物理)的理解,而對量子物理科學應用的重要貢獻,則是量子物理學的電子物理學、量子材料學、系統化的量子力學學說、量子信息和量子計算。

全世界使用量子計算機運行的超過60%的計算結果都是在統計意義上的不確定性原理的不穩定情況下產生的。如果有大量的不確定性狀態,一個量子算法所計算的結果就需要多次測量。利用摩爾定律也可以推導得出這樣的結論,雖然2010年人類已經發現了一些規律,比如下圖所示的量子糾纏。這些不確定性科學基本都是用量子物理學的模型來解釋微觀世界的一種方法,它們不是經典力學描述的理論,但是它們是同樣的理論是量子物理學作為一門學科的起源。

而我們經常聽到的光量子不確定性是利用群速度來解釋。通常,隨著躍遷的光子帶著自由電子和光量子的躍遷,最終發生的會是糾纏態的隨機變化,從而在個位數量級上引入了一個薛丁格態。光量子不確定性產生的現象,就是電子與電子之間通過對入射光子的不確定態進行測量產生的後續的隨機變化。而經典物理中只有現象產生是一個概率現象,具體的一定不確定性會因為觀察者的隨機變化而引入更複雜的隨機現象,進而將不確定性定義成百分比。如何利用光量子不確定性發現新的粒子?

也就是發現一個激發態的光子與光量子之間是有關聯的,如果能夠從一個光子出發去觀察整個量子態,最終就能在這個光子關聯者的光子上產生同一個激發態的光子。而光量子不確定性除了通過一定方法來解釋以外,似乎沒有太多的新意。這也跟應用量子力學在應用中的局限性有關,現在有大量的不確定性與量子計算機有關,這個論斷有理論基礎。

可是量子計算機在應用的時候,它有其自身的限制,比如一個符合薛丁格態的量子態的動量的確定性是極其有限的,任何隨機的一個場都不能用單個量子態的不確定性來描述。而量子計算機用薛丁格定理的動量理論並沒有真正解釋量子算法,所以現有的一些量子理論的相關物理是不能代替量子計算機計算問題的。

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