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浙江一高校教授提出量子精密测量新型理论工具

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浙江一高校教授提出量子精密测量新型理论工具

  图为陆晓铭教授。 张致远

  中新网杭州4月28日电(谢盼盼 程振伟 张致远 )4月28日,记者从杭州电子科技大学了解到,该校量子精密测量实验室主任陆晓铭教授,联合浙江大学物理学系王晓光教授,在物理学领域期刊上发文,首次将海森堡测不准原理和量子多参数估计直接结合起来,提出一种新型的信息制约关系,可以成功绘出“兼顾多参数的最佳测量曲线”。这意味着“多个信号参数的量子精密测量研究获得了新的关键理论工具”。

  众所周知,量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域,可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。

  图为相关论文内容。 张致远提供

  近年来,量子精密测量在引力波观测等方面备受期待。然而,量子精密测量也有“阿喀琉斯之踵”。根据海森堡测不准原理,对于有些物理量而言,我们不可能同时对它们进行精确的测量。比如一个粒子,我们可以对它的位置进行最佳的测量,也可以对它的动量进行最佳的测量。然而,想同时对其位置和动量进行最佳测量,却是不可能的。如何定量描述其中的制约关系,是多参数量子精密测量中一个长久以来未被解决的问题。

  杭州电子科技大学量子精密测量实验室主任陆晓铭教授,联合浙江大学物理学系王晓光教授,在物理学领域国际顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发文,首次将海森堡测不准原理和量子多参数估计直接结合起来,提出一种新型的信息制约关系。利用这一新型制约关系,可以在许多问题中成功绘出“兼顾多参数的最佳测量曲线”。这意味着“多个信号参数的量子精密测量研究获得了新的关键理论工具”。

  “这篇论文定义了一种‘信息遗憾’,用来定量刻画量子测量在估计未知参数方面和最佳情况相比的性能差距。进一步,可以基于信息遗憾推导出同时测量多个参数时的那些‘最佳组合’。好比‘量子’同学想找一份‘事情少’同时‘离家近’的工作,然而这两者往往不能兼得。当该同学已经得到一些录用通知时,会犹豫是否还有更好的机会。但基于本论文的方法,我们可以告诉这位‘量子’同学一系列最佳组合(即‘事情尽可能少’‘离家尽可能近’)。”陆晓铭告诉记者。

  为了形象表示海森堡测不准原理中“多参数测量精度不可鱼与熊掌兼得”,陆晓铭将其比喻为“既当百分百千里眼又当百分百顺风耳是不可能的”。而论文中绘出的“兼顾多参数的最佳测量曲线”,等于是找到了“既看得比较远又听得比较清”并且“发挥出所有潜力”的测量区域。

  据了解,这一研究得到了来自国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的经费支持。近年来,陆晓铭教授领衔的团队已完成量子精密测量实验室的初步建设,并在量子成像等方面连续取得多项重要进展,在npj Quantum Information,Physical Review A,Physical Review Applied等物理类知名期刊上发表多篇重要研究成果。(完)

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