关于量子关联、量子测量和不确定关系的研究

Quantum correlations refer to the correlations existing among the parts of multipartite quantum system such that cannot be explained from classical viewpoint. Quantum measurement is the important component of quantum theory, and is the indispensable means to disclose quantum phenomena. Uncertainty relations demonstrate the essential difference between the quantal and classical mechanics. These concepts, on the one hand, belong to fundamental problems of quantum theory, on the other hand, have intimate relevance to the researches on quantum information. Quantum correlations--Quantum measurement--Uncertainty relations is the main thread passing through the formalism of quantum mechanics. We cannot discuss them individually. Our target is to find the relevance of these three basic concepts. We will work out such problems: Finding the rigorous lower bounds of various uncertainty relations and the relationship with quantum correlations; Appropriate description about the error and disturbance of quantum measurement; Generalizing the research on quantum Darwinism and analyzing the uncertainty relations with respect to the multi-observable measurements. Our theoretical results will be verified experimentally.

量子关联是多体量子系统的子系统之间的不能用经典观点解释的关联现象. 量子测量是量子理论的重要组成部分, 是揭示量子现象所必需的观测方式. 不确定关系则体现了量子力学与经典力学的本质上的差异. 这三个概念一方面涉及量子理论的基本问题, 另一方面又与量子信息领域中的理论和实验工作密切相关. 量子关联-量子测量-不确定关系是一条贯穿于量子力学基本理论框架中的主线, 不可将三者分割开来独立讨论. 我们的研究目的和研究方向正是要发现三者间的相互联系, 这是一个亟待开展的研究工作. 我们将在理论上研究这样一些问题: 多种形式的不确定关系的下限及其与量子关联的联系; 关于量子测量过程中的误差和扰动的更明确的定义及描述; 考虑环境对系统的影响, 推广量子达尔文主义的研究, 分析多个观测量的测量结果的不确定关系. 在实验上, 我们拥有多个不同的实验平台, 可以用于检验理论研究结果.

量子测量是量子力学理论体系的重要组成部分, 不确定关系是量子力学显著特征, 量子关联是量子非定域性的体现和重要的信息资源. 分析量子不确定关系和量子关联之间的联系是认识量子理论的重要途径. 本项目在实验上验证了Busch等人提出的不确定关系, 在理论上得到了如下两个结论..1. 量子测量的所得信息等于被压缩的经典熵. 这一结论建立了所得信息的理论形式与实际操作之间的联系..2. 量子系统在干涉仪中经历开放演化的过程中, 环境或仪器的最终状态与波动性的可见度有直接关系. 这启发我们进一步研究在波粒二象性中表现出的不确定关系.