基于自旋體系的不確定關(guān)系的實驗研究.pdf

1、量子物理體系有許多區(qū)別于經(jīng)典物理體系的有趣屬性，而不確定關(guān)系描述了其中一個重要的方面。不確定關(guān)系大致分為兩類。其中一類描述的是不對易觀測量取值的彌散程度所滿足的約束關(guān)系，反映了觀測量和量子態(tài)本身的性質(zhì);這類不確定關(guān)系可以被稱為制備型不確定關(guān)系，量子力學教科書中的不確定關(guān)系大多屬于這一類。另一類不確定關(guān)系更接近海森堡的原始思想，可以被稱為測量型不確定關(guān)系，探討的是測量中的不準確性——比如，相繼測量兩個不相容的觀測量時，先施加的測量的誤差與

2、后施加的測量所遭受的擾動之間存在著制約關(guān)系;或者說，利用聯(lián)合測量來對兩個不相容的觀測量進行近似測量時，近似帶來的誤差之間存在著制約關(guān)系。
　　本文首先簡要介紹量子力學的誕生與發(fā)展，以及不確定關(guān)系的梗概。隨后介紹了三種典型的自旋磁共振體系，包括核磁共振體系、電子順磁共振體系和金剛石的氮-空位色心體系。接下來是本文的中心內(nèi)容，主要包括以下三個方面。
　　1.制備型不確定關(guān)系，特別是角動量三個分量的不確定關(guān)系及其實驗檢驗。制備型不

3、確定關(guān)系是人們較為熟知的一類不確定關(guān)系，存在多種表述方式，如基于標準差或方差的不確定關(guān)系、基于信息熵的不確定關(guān)系等等。其中較為著名的不確定關(guān)系往往只包含兩個觀測量，而多個觀測量之間的非平庸的不確定關(guān)系一般不能由兩個關(guān)系量之間的不確定關(guān)系直接推出。角動量三個分量的某些不確定關(guān)系即是如此。利用單個氮-空位色心的電子自旋完成了對角動量三個分量的若干非平庸的不確定關(guān)系的實驗檢驗。
　　2.測量型不確定關(guān)系，特別是一種基于測量結(jié)果概率分布之

4、間的統(tǒng)計距離的不確定關(guān)系及其實驗檢驗。測量型不確定關(guān)系也發(fā)展出多種表述方式。近年來，有人提出了一種基于測量結(jié)果概率分布之間的統(tǒng)計距離的不確定關(guān)系，其物理意義較為合理。針對量子比特情形改進了這種不確定關(guān)系，在改進后的關(guān)系中，不確定程度的下界是目標觀測量的不相容度;并且利用核磁共振技術(shù)對改進后的不確定關(guān)系進行了實驗檢驗。
　　3.基于相干的絕熱量子泵及其量子模擬實驗。量子相干與量子不確定性緊密相關(guān)。作為量子物理體系的基本屬性之一，量子