Nature Physics：国防科技大学在量子弱测量到强测量过渡的物理机制研究中取得重要进展

近日，国防科技大学文理学院物理系张杰、吴春旺和陈平形与以色列威兹曼研究所、以色列巴伊兰大学合作，在量子弱测量到强测量过渡的物理机制研究中取得重要进展。北京时间9月14日，研究成果以“Weak-to-strong transition of quantum measurement in a trapped-ion system”为题在线发表于国际著名学术期刊《Nature Physics》上（影响因子20.921）。

量子测量问题不仅是量子力学的基本问题，而且在量子操控和量子精密测量领域中占有重要的地位。通常的量子测量是强测量，会引起量子态的即时塌缩，多次测量后得到物理量的平均值。1988年，著名物理学家、沃尔夫奖获得者阿哈罗诺夫等人提出了量子弱测量的概念：该测量方式利用的是被测系统和测量仪器极弱的耦合作用，与强测量相比，对量子态扰动很小，得到的测量结果是弱值。长久以来，量子弱测量和强测量的理论与实验研究都得到了长足发展，但有一个问题一直没得到回答：随着耦合作用强度的变化，量子弱测量是如何逐渐过渡到强测量的，其物理规律是什么？
      陈平形研究团队与合作者首次实验展示了量子弱测量到强测量的连续转变过程，发现了该转变过程中的普遍规律——存在指数形式的转变因子，并证明转变因子本质上来源于物质波的量子干涉效应。研究团队选取囚禁离子的内部电子状态作为被测对象，离子的质心运动声子态作为测量仪器，在国际上首次实现了纯原子系统的弱测量（Phys. Rev. A 100，062111，2019）。在本工作中又通过调节激光与囚禁离子的相互作用强度，实现了从弱测量到强测量的连续过渡，并利用对运动声子波函数的完整层析证明了指数形式的转变因子来源于离子质心运动波包的干涉效应。

该研究成果揭示了量子干涉效应在量子弱测量到强测量过渡中所起的关键作用，加深和丰富了人们对“量子力学中的测量到底是什么”这一物理学基本问题的认识。同时，该项工作所展示的囚禁离子中的弱测量技术有望在量子精密测量、高保真度量子逻辑门以及量子 物理基本理论探索等方面都有重要的应用。
      潘义明博士后（以色列威兹曼研究所）、张杰讲师（国防科技大学文理学院物理系）为该项成果的并列一位的作者，潘义明博士后、吴春旺讲师（国防科技大学文理学院物理系）为并列通讯作者，陈平形教授（国防科技大学文理学院物理系）、Eliahu Cohen教授（以色列巴伊兰大学）、Nir Davidson教授（以色列威兹曼研究所）为合作作者。该工作得到了科技部、国家基金委、国防科技大学等机构的资助。
       
       原文引自“两江科技评论”微信公众号。
       原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/AHZZ-MHmAPBMMVWPCO2x8Q
       
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