科學網—中科大實驗驗證新形式海森堡不確定原理

2020-12-05 科學網

 

本報訊（記者楊保國） 近日，中國科學院院士、中國科技大學教授郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組，在實驗上突破了量子力學中「經典」的不確定關係，並驗證了新形式的海森堡不確定原理。相關研究成果發表在最新一期的《自然·物理》上。

 

經典的海森堡不確定原理（又名「測不準原理」）認為，在一個量子力學系統中，一個粒子的兩個力學量，比如位置和動量，不能被同時確定。但愛因斯坦等人認為，如果A與B兩個粒子是孿生的，可以同時準確測量A的位置和B的動量，而從B的動量又可以推出A的動量，也就是說可以同時確定A粒子的位置和動量。

 

進一步研究認為，利用量子糾纏有可能同時確定一個粒子的位置和動量。最近的理論研究則明確給出了這一問題的數學公式，這就是新形式的海森堡不確定原理——通過量子糾纏，可以把被測粒子A 的「量子信息」存儲在粒子B上，這時測量結果的不確定度依賴於A與B糾纏度的大小，當它們的糾纏度最大時，兩個力學量可以同時被準確測量。

 

李傳鋒研究組此次在世界上首次實驗驗證了這一原理。該成果有助於人們更深刻地理解量子力學的本質特徵，同時對保證量子密碼的安全性也有著重要意義。

 

《科學時報》 (2011-10-14 A1 要聞)

相關焦點

  • 中國科大實驗驗證新形式的海森堡不確定原理
    近日，中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室實驗驗證了新形式的海森堡不確定關係。李傳鋒博士研究組完成的實驗表明，在待測粒子的「量子信息」事先被存儲的情況下，「經典」的不確定關係能夠被違背。
  • 【量子物理】海森堡不確定性原理經典解釋被實驗推翻!
    為了拍攝照片，科學家可能要向電子的表面發射一顆光子。這會暴露電子的位置，但光子也會把能量傳遞給電子，使它發生位移。探測電子的位置會不確定地改變它的速率，而測量行為引發的不確定性足以讓這個原理成立。簡單地說，這個原理導致我們對量子世界的探索有一個基本的極限。例如，你越是確定某個粒子的位置，就越不能確定它的動量，反之亦然。這個極限被表述為一個方程，在數學上很容易證明。海森堡有時把測不準原理稱為進行測量的一個難題。他最著名的思想實驗是對一個電子拍照。為了拍攝照片，科學家可能要向電子的表面發射一顆光子。這會暴露電子的位置，但光子也會把能量傳遞給電子，使它發生位移。
  • 關於不確定性原理,海森堡錯了嗎?
    固有的不確定性是現代量子力學的創始人之一海森堡的一個核心思想。他提出的不確定性原理表明，我們不可能同時知道一個粒子的所有性質。海森堡利用不確定性原理解釋了測量會如何破壞量子力學的經典特徵，我們熟知的雙縫幹涉就是一個例子。2.在量子力學裡，雙縫實驗是一種演示量子粒子（如光子、電子等）的波粒二象性的典型實驗。
  • 海森堡的測不準原理
    月，年輕的海森堡（Werner Heisenberg）發展出了量子理論中的一個主要關鍵——測不準原理，涵義極為深遠。 雖然海森堡因必考的實驗問題表現不佳而差一點無法通過口試，但他還是於 1923 年獲得了博士學位，論文討論的是流體力學上的一個問題。在得到博士學位後，他到哥廷根做玻恩（Max Born，1954年諾貝爾物理獎得主）的助理，之後又到哥本哈根玻爾（Niels Bohr，1922 年獲得諾貝爾獎）所主持的研究所跟隨他一起做了一年研究。
  • 【量子物理】現代科學家對「不確定原理」的解釋.
    隨著量子理論的逐漸成熟，這個類比已經被人們所淡忘，然而在過去的十年裡關於它的討論又再一次興起。雖然最近多個實驗表明這個類比是有缺陷的，但是一個由英國、芬蘭和德國物理學家組成的研究小組認為，這些實驗都沒有嚴格遵守海森堡的原始表述。海森堡不確定性原理可以表述為，對於一個微觀粒子，我們不可能同時精確地測量出其位置和動量。我們測得其中一個值越精確，那麼另一個值就會變得越粗略。
  • 看經典美劇探索數學世界——海森堡不確定原理與P/NP複雜度問題
    FBI的幹預改變了搶劫犯們的行為，並且揭開了一段更加撲朔迷離的劇情……什麼是海森堡不確定原理?查理告訴唐，海森堡測不準原理認為在一個系統中，測量數據的行為會影響系統本身的數據。但查理過後也承認了，這不是原理本身描述的性質。
  • 中國科大等實驗驗證新型量子不確定性等式關係
    該關係由海森堡於1927年最早提出，說明了在微觀世界中精確確定一個粒子（例如原子核周圍的電子）的某些物理量是有限制的，人們不可能同時精確地測定一個粒子的位置和動量。1983年，牛津大學教授大衛多伊奇（量子計算機開創者之一）給出了一種特殊情形下的熵形式的不確定性關係，之後Kraus 給出了一般情況下的猜想，Maassen 和 Uffink隨後證明了一般情況下的熵形式的不確定性關係。
  • 中科大獲國際裡程碑式實驗成果：分布式量子相位估計首獲驗證
    近日，來自中國科學技術大學的實驗團隊在《Nature Photonics》發表了一篇文章，裡面講述分布式量子相位估計首獲實驗驗證。 這個訊息代表了很多東西，但為了更好理解，在開始講關於這篇文章的更多內容之前，我們先來聊聊「分布式量子相位估計首獲實驗驗證」這句話。下文將先講「分布式量子相位估計」，隨後講「首獲」，最後才會講到「實驗驗證」。
  • 「海森堡原理」依然挑戰科學認識的極限
    在大約90年之前，維爾納·海森堡提出了量子世界遵循的「不確定性原理」，在原理發表後的大約90年，三個國家的研究人員組成了一支合作團隊，他們對量子物理學的「海森堡原理」提出了新的見解，第一次用嚴格的數學公式描述海森堡的「不確定性原理」，他們的研究成果取得了實際性的進展，加深了人們對這一原理的理解
  • 海森堡:一個在不確定的世界裡深情活著的人
    除此之外，演員李曄在經過了從第一次演話劇《哥本哈根》至今，他的劇本上已經有密密麻麻的記錄了，大到一個舞臺調度，小到某處細節調整，他都落在筆頭上，便於每輪演出前復盤一下，能夠保證新一輪的場次「百尺竿頭更進一步」。好了，閒言少敘，我們今天就來聊一聊物理學家海森堡。
  • 量子物理實驗表明,在某種意義上,海森堡「測不準理論」是正確的
    有一種觀點認為，這意味著世界上存在著我們不確定的東西。但是大多數物理學家相信自然本身是不確定的。內在不確定性是德國物理學家、現代量子力學創始人之一維爾納海森堡(Werner Heisenberg)提出這一理論的核心。他提出的測不準原理表明，我們不可能同時知道一個粒子的所有性質。
  • 大家囧事: 海森堡差點掛掉的博士答辯
    面對索末菲的問題和其他的數學問題，海森堡回答起來得心應手，毫無困難。等到天文學問題的時候，他開始拌蒜。最後到實驗物理的時候，則更是一臉茫然。在實驗課裡，海森堡需要使用法布裡－珀羅幹涉儀來觀察光波的幹涉。雖然維恩就這個問題已經快講爛了，然而海森堡依然不知道如何算出幹涉儀的解析度。令維恩驚訝的是，他甚至連其他常用設備的解析度都不知道怎麼算，比如望遠鏡和顯微鏡。
  • 海森堡不確定性原理,科學界最重要的創見之一,量子力學的基石!
    1925年的夏天，從一次花粉症發作中恢復過來的海森堡在一個名為黑爾戈蘭島的德國小島上養病，其間，他在構建用來描述原子世界的數學體系時取得了重大進展。但這是一種非常奇怪的數學表達，而這個表達所描述的原子行為更加離奇。
  • 首次實現三個力學量的不確定關係的實驗檢驗
    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。
  • 人生如天氣,確定與不確定,測不準原理
    在量子力學裡，不確定性原理uncertainty principle又譯測不準原理表明，粒子的位置與動量不可同時被確定，位置的不確定性越小，則動量的不確定性越大，反之亦然。 維爾納·海森堡於1927年發表論文《論量子理論運動學與力學的物理內涵》給出這原理的原本啟發式論述，希望能夠成功地定性分析與表述簡單量子實驗的物理性質。
  • 王曉鷹話劇聯合中科院展覽 藝術科學融合詮釋「不確定性原理」
    新華社北京12月7日電（記者白瀛）中國戲劇家協會副主席王曉鷹執導的科學倫理題材話劇《哥本哈根》7日晚在北京鷹劇坊迎來新一輪首演。同時，主辦方聯合中科院物理所在話劇演出空間之外打造了一個《不確定現場》展覽，以藝術與科學相融合的方式，共同詮釋「不確定性原理」。
  • 鬼魅般的超距作用——揭開海森堡「測不準原理」的神秘面紗
    量子力學的靈魂海森堡測不準原理是量子世界的救世主。如果不是在量子力學中，量子力學在它開始之前就已經崩潰了。根據海森堡說法，你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度，粒子位置的不確定性，必然大於或等於普朗克常數除以4π（ΔxΔp≥h/4π）。
  • 測不準原理或將被打破！新技術「繞過」了海森堡不確定性原理
    洛桑聯邦理工學院、劍橋大學、IBM研究-蘇黎世分校的科學家們一起，揭示了光和機械運動之間相互作用中的新動力學，對旨在規避著名的「反向作用限制」問題中探測器的影響量子測量具有重要意義。近些年來，機械運動的經典測量極限已經超出了預期，例如在第一次直接觀測引力波時，表現為千米級光學幹涉儀中鏡面的微小位移。
  • 新技術「繞過」了海森堡不確定性原理,測不準原理或將被打破!
    #科學了不起#系列徵文賽洛桑聯邦理工學院、劍橋大學、IBM研究-蘇黎世分校的科學家們一起，揭示了光和機械運動之間相互作用中的新動力學例如，在量子力學中，海森堡測不準原理暗示了「測量反作用」的存在：對粒子位置的精確測量總是會破壞任何關於它的動量，因此也就破壞了預測它的任何未來位置。回溯規避技術專門設計為「繞過」海森堡不確定性原理，通過仔細控制測量中獲得的信息和未獲得信息，例如只測量振蕩器的振幅而忽略其相位。理論上，這種方法具有無限的靈敏度，但代價是只有一半的可用信息。
  • 國際上首次成功:分布式量子相位估計由中科大實驗驗證
    近日，來自中國科學技術大學的實驗團隊在《Nature Photonics》發表了一篇文章，裡面講述分布式量子相位估計首獲實驗驗證。這個訊息代表了很多東西，但為了更好理解，在開始講關於這篇文章的更多內容之前，我們先來聊聊「分布式量子相位估計首獲實驗驗證」這句話。