中國科學院院士、中國科學技術大學教授杜江峰領銜的研究團隊和理論合作者首都師範大學教授費少明研究組，利用金剛石中的單自旋體系，首次實驗檢驗了一類包含角動量三個分量的不確定關係。研究成果發表在5月4日的《物理評論快報》上[Phys. Rev. Lett. 118, 180402 (2017)]。
不確定原理是海森堡於1927年首次提出的。隨後幾年裡，羅伯遜、薛丁格等人陸續導出了若干嚴格的不確定關係。作為量子力學中的一個著名結論，不確定關係告訴人們：在一個遵循量子力學規律的體系中，兩個不對易的力學量（例如位置和動量）一般不能同時具備確定的值。不確定關係違背了人們的日常生活經驗，卻是量子物理體系的重要特徵。
近一個世紀以來，人們用各種各樣的關係式描述不確定原理，但通常只涉及兩個力學量。直接從包含兩個力學量的不確定關係出發，一般難以得到包含多個力學量的緊湊的不確定關係。因此，為了導出包含多個力學量的緊湊的關係式，往往需要另闢蹊徑。
在本工作中，研究人員在理論上導出了包含角動量三個分量的羅伯遜不確定關係。這一新的不確定關係不能從已有的不確定關係直接得到，因此是對角動量不確定關係的一項有價值的補充。進一步，研究人員在金剛石氮-空位缺陷自旋體系上，對這一新的不確定關係進行了實驗檢驗。該物理體系是固態單自旋量子體系，易於初始化、操控和讀出，是當前發展較為成熟的量子調控實驗體系，在構建室溫固態量子計算機和實現量子精密測量等研究中具有很好的應用前景。
在具體實驗中，研究人員利用其前期發展的成熟實驗技術，製備出一系列高精度的單自旋量子態，針對每一個量子態，通過多次重複實驗測量了自旋角動量各分量的期望值和標準差。經過嚴格的數據處理和分析，實驗結果支持了新的不確定關係。該工作豐富了多個力學量的不確定關係，尤其是角動量的不確定關係。
此外，杜江峰團隊此前利用自旋體系，對一類基於統計距離的不確定關係進行了首次實驗檢驗[Phys. Rev. Lett. 116, 160405 (2016)]。
上述研究得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部和中科院的支持。（來源：中國科學技術大學）
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