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首都科学讲堂第480期--《简介精密测量物理-利用量子纠缠超越测量精度的经典极限》

来源:北京科普发展中心 发布于2017/03/17

  关于测量的科学对人类至关重要。测量的精度决定了我们对自然的认知程度和相关自然规律的准确度。现行的精密测量通常基于单个物理系统或者它的多份拷贝,其测量精度受限于经典极限。建立多个相同体系之间的量子纠缠可以超越测量精度的经典极限。本期首都科学讲堂邀请到清华大学物理系终身教授尤力,他引入量子力学的基本概念, 基于原子物理系统介绍量子测量的关键技术和量子精密测量物理。

  

  尤力教授首先介绍了精密测量里有三个重要的概念,一是精准度、二是稳定度、三是灵敏度。本期讲座尤力教授主要讲的是其中的灵敏度,就是对非常精细的东西的敏感程度。尤力教授举了个生动的例子:描述一个东西掉下去,有一个量化的指标,就是加速度9.8米每秒平方。而地球的自转就是在千分之一这个量级。到了万分之一,就能知道海洋里面有潮汐来了。这个就是属于比较典型的精密测量,但还不是非常的精密。探测引力波需要的精度是10的负21次方。它相当于需要我们探测地球到月球的距离,探测到的误差是一个原子大小的千分之一。这就属于精密测量物理的范畴。
  尤力教授还跟大家分享了量子力学中涉及到的波粒二象性、干涉和测不准原理。波粒二象性中提到的波和粒子,其实就是一个事情的两个方面。干涉是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新的波形的现象。比如说水波,如果在某个地方开一个口,水波过来,这个地方就是波源。在这个地方它被干涉,就会有一些新的条纹产生。对光的话,叫杨氏双峰实验,就是波可以从不同的地方来。它在同样重叠区间就可以叠加,这就叫干涉现象。在量子力学里面,变量、空间、时间、能量、动量,它往往有一一地对应关系,每一对变量叫作共轭变量。这一堆共轭变量中,如果想要一个精度非常高,另一个精度就必须非常低。怎么超越海森堡这个极限,就是现代量子精密测量领域科研人员研究的一个重点,也是量子力学跟经典力学完全不一样的东西。
  尤力教授不时地停下来问观众是否对讲座内容有疑问。听众也积极回应、提出问题。教授用他风趣的语言给现场观众带来阵阵笑声。同时,又把高深的量子力学,用深入浅出的方式,给大家带来了一场精彩的讲座。

 

 

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