近日，國防科技大學文理學院物理系張杰、吳春旺和陳平形與以色列威茲曼研究所、以色列巴伊蘭大學合作，在量子弱測量到強測量過渡的物理機制研究中取得重要進展。北京時間9月14日，研究成果以“Weak-to-strong transition of quantum measurement in a trapped-ion system”為題在線發表于國際著名學術期刊《Nature Physics》上（影響因子20.921）。

量子測量問題不僅是量子力學的基本問題，而且在量子操控和量子精密測量領域中占有重要的地位。通常的量子測量是強測量，會引起量子態的即時塌縮，多次測量后得到物理量的平均值。1988年，著名物理學家、沃爾夫獎獲得者阿哈羅諾夫等人提出了量子弱測量的概念：該測量方式利用的是被測系統和測量儀器極弱的耦合作用，與強測量相比，對量子態擾動很小，得到的測量結果是弱值。長久以來，量子弱測量和強測量的理論與實驗研究都得到了長足發展，但有一個問題一直沒得到回答：隨著耦合作用強度的變化，量子弱測量是如何逐漸過渡到強測量的，其物理規律是什么？
      陳平形研究團隊與合作者S次實驗展示了量子弱測量到強測量的連續轉變過程，發現了該轉變過程中的普遍規律——存在指數形式的轉變因子，并證明轉變因子本質上來源于物質波的量子干涉效應。研究團隊選取囚禁離子的內部電子狀態作為被測對象，離子的質心運動聲子態作為測量儀器，在國際上S次實現了純原子系統的弱測量（Phys. Rev. A 100，062111，2019）。在本工作中又通過調節激光與囚禁離子的相互作用強度，實現了從弱測量到強測量的連續過渡，并利用對運動聲子波函數的完整層析證明了指數形式的轉變因子來源于離子質心運動波包的干涉效應。

該研究成果揭示了量子干涉效應在量子弱測量到強測量過渡中所起的關鍵作用，加深和豐富了人們對“量子力學中的測量到底是什么”這一物理學基本問題的認識。同時，該項工作所展示的囚禁離子中的弱測量技術有望在量子精密測量、高保真度量子邏輯門以及量子 物理基本理論探索等方面都有重要的應用。
      潘義明博士后（以色列威茲曼研究所）、張杰講師（國防科技大學文理學院物理系）為該項成果的并列一位的作者，潘義明博士后、吳春旺講師（國防科技大學文理學院物理系）為并列通訊作者，陳平形教授（國防科技大學文理學院物理系）、Eliahu Cohen教授（以色列巴伊蘭大學）、Nir Davidson教授（以色列威茲曼研究所）為合作作者。該工作得到了科技部、國家基金委、國防科技大學等機構的資助。
       
       原文引自“兩江科技評論”微信公眾號。
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