杭州電子科技大學(xué)教授提出量子精密測量新型理論工具

4月28日，記者從杭州電子科技大學(xué)了解到，該校量子精密測量實(shí)驗(yàn)室主任陸曉銘教授，聯(lián)合浙江大學(xué)物理學(xué)系王曉光教授，在物理學(xué)領(lǐng)域期刊上發(fā)文，首次將海森堡測不準(zhǔn)原理和量子多參數(shù)估計(jì)直接結(jié)合起來，提出一種新型的信息制約關(guān)系，可以成功繪出“兼顧多參數(shù)的最佳測量曲線”。這意味著“多個(gè)信號參數(shù)的量子精密測量研究獲得了新的關(guān)鍵理論工具”。

眾所周知，量子信息技術(shù)主要包括量子計(jì)算、量子通信和量子精密測量三大領(lǐng)域，可以在提升運(yùn)算處理速度、信息安全保障能力、測量精度和靈敏度等方面突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸。

圖為相關(guān)論文內(nèi)容。　張致遠(yuǎn)提供

近年來，量子精密測量在引力波觀測等方面?zhèn)涫芷诖Ｈ欢孔泳軠y量也有“阿喀琉斯之踵”。根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理，對于有些物理量而言，我們不可能同時(shí)對它們進(jìn)行精確的測量。比如一個(gè)粒子，我們可以對它的位置進(jìn)行最佳的測量，也可以對它的動(dòng)量進(jìn)行最佳的測量。然而，想同時(shí)對其位置和動(dòng)量進(jìn)行最佳測量，卻是不可能的。如何定量描述其中的制約關(guān)系，是多參數(shù)量子精密測量中一個(gè)長久以來未被解決的問題。

杭州電子科技大學(xué)量子精密測量實(shí)驗(yàn)室主任陸曉銘教授，聯(lián)合浙江大學(xué)物理學(xué)系王曉光教授，在物理學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)上發(fā)文，首次將海森堡測不準(zhǔn)原理和量子多參數(shù)估計(jì)直接結(jié)合起來，提出一種新型的信息制約關(guān)系。利用這一新型制約關(guān)系，可以在許多問題中成功繪出“兼顧多參數(shù)的最佳測量曲線”。這意味著“多個(gè)信號參數(shù)的量子精密測量研究獲得了新的關(guān)鍵理論工具”。

“這篇論文定義了一種‘信息遺憾’，用來定量刻畫量子測量在估計(jì)未知參數(shù)方面和最佳情況相比的性能差距。進(jìn)一步，可以基于信息遺憾推導(dǎo)出同時(shí)測量多個(gè)參數(shù)時(shí)的那些‘最佳組合’。好比‘量子’同學(xué)想找一份‘事情少’同時(shí)‘離家近’的工作，然而這兩者往往不能兼得。當(dāng)該同學(xué)已經(jīng)得到一些錄用通知時(shí)，會(huì)猶豫是否還有更好的機(jī)會(huì)。但基于本論文的方法，我們可以告訴這位‘量子’同學(xué)一系列最佳組合(即‘事情盡可能少’‘離家盡可能近’)。”陸曉銘告訴記者。

為了形象表示海森堡測不準(zhǔn)原理中“多參數(shù)測量精度不可魚與熊掌兼得”，陸曉銘將其比喻為“既當(dāng)百分百千里眼又當(dāng)百分百順風(fēng)耳是不可能的”。而論文中繪出的“兼顧多參數(shù)的最佳測量曲線”，等于是找到了“既看得比較遠(yuǎn)又聽得比較清”并且“發(fā)揮出所有潛力”的測量區(qū)域。

據(jù)了解，這一研究得到了來自國家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持。近年來，陸曉銘教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)已完成量子精密測量實(shí)驗(yàn)室的初步建設(shè)，并在量子成像等方面連續(xù)取得多項(xiàng)重要進(jìn)展，在npj Quantum Information，Physical Review A，Physical Review Applied等物理類知名期刊上發(fā)表多篇重要研究成果。中新網(wǎng)杭州4月28日電(謝盼盼 程振偉 張致遠(yuǎn) )