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中科大在量子力学研究中首次实现纠缠系统波函数的直接测量

中安在线   2019-10-15 05:07:29   来源:安徽日报     编辑:杨杨

  记者10月14日从中科大获悉,该校郭光灿院士团队的李传锋、许小冶等人与斯德哥尔摩大学Yaron Kedem博士合作,首次提出并实验实现了多体非局域波函数的直接测量。成果发表在最新一期国际权威期刊《物理评论快报》上。

  波函数是量子力学最核心的概念之一,不论是单体还是多体量子系统,其状态都可以用波函数完全刻画。目前,最常用的测量波函数的方法是量子态层析,然而该方法随着待测系统规模的增加,对资源的消耗呈指数增长。 2011年,科学家们基于弱测量和弱值提出单光子空间波函数的直接测量方法,避免了量子态层析中复杂的重构过程。然而,对于多体特别是含有纠缠的量子系统的波函数直接测量,一直未能取得突破,难点在于无法提取多体系统非局域可观测量的弱值。

  李传锋研究组与合作者通过巧妙构造哈密顿量,实现对多体系统局域可观测量之和的模量的测量,然后利用它与非局域可观测量的弱值的数学关系,直接给出后者的取值。该方法成功解决了提取多体系统非局域可观测量的弱值这一难题,可以很方便地应用到多体非局域波函数的测量中。研究组在实验上利用双光子超纠缠,成功演示了双光子非局域波函数的直接测量。他们将两个光子制备到偏振和路径分别处于最大纠缠态的超纠缠态上,再实现偏振和路径间的相互作用,最后通过路径指针在不同投影基下的计数,直接测量出双光子偏振态的波函数。

  该工作澄清了波函数的直接测量技术源自于弱值而非弱测量,更为重要的是,对含有纠缠的多体量子系统波函数的直接测量,证明这是一项纯粹的量子技术,而非基于经典的干涉过程。(记者 桂运安)

原标题:首次实现纠缠系统波函数的直接测量

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