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凤囚凰免费观看全集从量子测量中提取有序性最终被实验证明

物理学 2022-03-28 23:59:09

尼尔斯·波尔研究所 一层薄的氮化硅膜(白色)被拉紧在硅框架上(红色)

该膜包含一个孔的图案,中心有一个小岛,在实验中测量其振动

荣誉:尼尔斯·波尔研究所 在物理学中,能够在实际的物理实验中展示理论假设是至关重要的

一百多年来,物理学家已经意识到系统中无序概念和通过测量获得的信息之间的联系

然而,到目前为止,在普通监测系统中,对这一环节缺乏一个干净的实验性评估,这种系统是随着时间的推移而连续测量的

但是现在,哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的研究人员使用“量子鼓”,一种振动的机械薄膜,实现了一个实验装置,显示了无序和测量结果之间的物理相互作用

最重要的是,这些结果允许从非常无序的系统中提取出秩序,提供了一个通用的工具来设计系统的状态,这对未来的量子技术(如量子计算机)至关重要

这个结果现在发表在《物理评论快报》的编辑建议中

测量总是会对它所测量的任何系统引入一定程度的干扰

在普通的物理世界中,这通常是不相关的,因为我们完全有可能测量桌子的长度,而不会注意到这种干扰

但是在量子尺度上,就像尼尔斯·玻尔研究所施莱瑟实验室使用的膜的运动一样,测量产生的干扰后果是巨大的

这些大的干扰增加了潜在系统的熵或无序度,并且显然排除了从测量中提取任何顺序

但是在解释最近的实验如何实现这一点之前,熵和热力学的概念需要几个词

打破鸡蛋是热力学 热力学定律涵盖了极其复杂的过程

经典的例子是,如果一个鸡蛋从桌子上掉下来,它会掉到地板上

在碰撞中,热量产生了——在许多其他物理过程中——如果你想象你能控制所有这些复杂的过程,在物理定律中没有任何东西说你不能逆转这个过程

换句话说,如果我们能够控制每一个原子的行为,并逆转这一过程,鸡蛋实际上可以自我组装并再次飞到桌面上

理论上是可能的

你也可以把鸡蛋想象成一个有序的系统,如果它破裂了,它就会变得非常无序

物理学家说熵,无序的数量,增加了

热力学定律告诉我们,事实上无序度总是会增加,而不是相反:所以在现实世界中,鸡蛋通常不会从地板上跳下来,聚集并落在桌子上

正确的量子系统读数是必不可少的——而且众所周知很难获得 如果我们转向量子力学,这个世界看起来很不同,但却是一样的

如果我们以仅受量子定律限制的精度连续测量像“膜鼓”(图1)这样的机械运动系统的位移,这种测量会严重干扰运动

因此,您最终将测量在测量过程中受到干扰的位移,并且原始位移的读数将被破坏——除非您也可以测量引入的无序

在这种情况下,您可以使用关于无序的信息来减少由测量产生的熵,并由此产生秩序——这与控制粉碎的鸡蛋系统中的无序相当

但是这一次我们也获得了位移的信息,所以我们已经了解了整个系统的一些情况,最重要的是,我们获得了膜的原始振动,即

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正确的读数

理解量子系统熵的广义框架 “热力学和量子测量之间的联系已经为人所知一个多世纪了

然而,在连续测量的背景下,迄今为止缺少对这种联系的实验性评估

这正是我们在这个实验中所做的

理解测量如何在量子系统中产生熵和无序,以及我们如何使用它来控制我们将来从量子计算机这样的量子系统中获得的读数,这是绝对必要的

“如果我们不能控制干扰,我们基本上就无法理解读数——当然,量子计算机的读数将难以辨认,而且毫无用处,”罗西博士说

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科学论文的学生和第一作者

“为了给我们理解量子尺度上的熵产生系统创造一个广义的基础,这个框架很重要

这基本上是这项研究符合物理学更大范围的地方

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