弱测量理论及其在光机械系统中的应用

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sdlzwzl
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关于量子力学基本原理的研究不仅丰富我们的科学知识,而且也增进我们对自然法则的理解。这些研究也推动许多技术应用的发展,如量子非定域性问题已经被应用于量子密码学,波粒二象性的理解使半导体技术成为可能以及薛定谔猫的研究促进量子信息处理和通信领域发展。  在检查量子测量过程中,由阿哈罗洛夫(Aharonov),艾伯特(Albert)和魏德曼(Vaidman)引入系统和指针之间弱耦合的弱测量概念,并且定义了所测系统观测量的弱值。系统观测量的弱值可以超出了系统观测量的本征值范围。弱值的特征通常被认为是弱信号的放大效应。首次,用光学手段实现弱值之后,它被应用在不同领域为观察非常小的效果,如光速偏转、频率偏移、相位偏移、角度偏移、速度偏移、甚至温度偏移。尽管弱测量有很多应用,但是在光机械中它的应用很少被报道。众所周知,当只有一个光子在光机械腔中,由单光子引起的镜子位置的平移很难被探测,那是因为它远小于镜子波包的传播幅度。换句话说,一个光子的辐射压力很难被测量。因此,在当前实验条件下,能否使用弱测量方法来放大一光子的辐射压力是非常有意义的。  在第一章中,阐述了论文的研究背景,接下来在第二章介绍了一些基础知识。本论文的主要工作分布在第三章到第五章。第三章和第四章,主要研究不同量子指针的弱测量如何来提高光机械系统中镜子位置的平移。在第三章,基于与弱测量相结合的光机械系统,当镜子(量子指针)初始化为基态时,我们发现镜子位置的平移可以被放大,此放大效应发生在光子的后选择态正交于光子的初态这个情况下,那是不能被通常的弱测量结论解释,并且它的最大放大值可以达到基态涨落程度。在第四章中,当镜子用压缩相干态代替基态时,我们发现镜子位置的平移可以被放大。这个放大取决于压缩态的增加涨落,那归因于量子力学的非交换性。在第五章,基于与光机械系统相结合的量子延迟选择实验,利用弱测量方法,我们研究具有后选择作用的控制Hadamard门,并发现由它控制的波粒二象性可以作为放大的产生机制。最后,在第六章中给出论文的总结与展望。
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