science >> Wetenschap >  >> Fysica

Generaliseren van het meetpostulaat in de kwantummechanica

Instorting in een deelmeting. De hele golffunctie stort met enige waarschijnlijkheid in tot één eigentoestand die wordt gedekt door de gemeten partiële golffunctie, 1/3 in dit voorbeeld. Krediet:Science China Press

Het meetpostulaat is cruciaal voor de kwantummechanica. Als we een kwantumsysteem meten, we kunnen slechts één van de eigenwaarden van het gemeten waarneembare, zoals positie, energie enzovoort, met een waarschijnlijkheid. Direct na de meting het systeem zal onmiddellijk instorten in de corresponderende eigentoestand, staat bekend als de ineenstorting van de staat. Er wordt beweerd dat de niet-kloneringsstelling eigenlijk een resultaat is van het meetpostulaat, omdat de niet-kloneringsstelling ook zou gelden in de klassieke natuurkunde. De mogelijkheid van klonen in de klassieke natuurkunde is eigenlijk het vermogen om een ​​klassiek systeem volledig te meten, zodat een klassieke toestand kan worden gemeten en voorbereid.

Om de meting in de kwantummechanica duidelijk uit te leggen, het is beter om het volgende voorbeeld te gebruiken. Stel dat een foton door drie identieke spleten gaat en we plaatsen een ideale en niet-afbraakdetector na elk van de spleten. Volgens het meetpostulaat, een van de detectoren zal het foton detecteren, en als resultaat zal de hele golffunctie in die spleet instorten.

Wat gebeurt er als we slechts een enkele detector na de bovenste spleet plaatsen? Het is normaal om te denken dat het een derde kans heeft om het foton te detecteren, en stort de hele golffunctie in spleet-1, zoals weergegeven in Fig. 2. Echter, wat gebeurt er als de detector bij de bovenste spleet het foton niet meet? Dit is een gedeeltelijke meting. Dit werd aangetroffen in het dualiteit quantum computing formalisme, waar lineaire combinatie van unitaries (LCU) werd voorgesteld om quantum computing uit te voeren.

Long stelde voor dat bij het meten van een gedeeltelijke golf, er zal zeker iets gebeuren:(1) instorting:het zal met enige waarschijnlijkheid instorten in een van de eigenwaarden. Na de meting, de hele golffunctie zal onmiddellijk veranderen in de corresponderende eigentoestand; (2) ineenstorting:de gemeten golffunctie zal verdwijnen, en verschuif naar het ongemeten deel. Zoals getoond in Fig. 2, de detector zal het foton meten met waarschijnlijkheid 1/3, en de hele fotongolffunctie stort in in de bovenste spleet. Zoals getoond in Fig. 3 voor uitklappen, het gemeten deel in de bovenste spleet verdwijnt, en het ongemeten deel, namelijk de golffunctie in de middelste en onderste spleet neemt toe.

Collapse-out in een deelmeting. Het gemeten deel bij de bovenste spleet verdwijnt, en het ongemeten deel bij de middelste en lage spleten wordt vergroot. Krediet:Science China Press

In werkelijkheid, gedeeltelijke meting komt vaker voor dan volledige meting. Opgemerkt moet worden dat het in- en uitklappen van gedeeltelijke metingen willekeurig gebeurt, niet alleen in de ruimte, maar ook in de tijd. Bijvoorbeeld, de detectie van foton door een detector kan natuurlijk worden begrepen in termen van dit postulaat van partiële metingen. Wanneer de golffunctie van een foton naar een detector gaat, het wordt niet tegelijkertijd volledig gemeten, het is namelijk geen volledige meting. Het voorste deel komt als eerste bij de detector aan, een deel van de detector raakt. Het stort ofwel in op een willekeurig punt van het kruisende gebied in de detector of stort in en de overeenkomstige waarschijnlijkheid zal worden verschoven naar een ander deel van de golffunctie. Dit proces gaat door totdat het foton wordt gedetecteerd. Als het foton pas is gedetecteerd als het laatste deel van de golffunctie de detector bereikt, dan neemt de amplitude van deze resterende golffunctie toe tot 1 om het foton bij de laatste stap met zekerheid te detecteren.

Deze verklaring wordt gegeven in de opvatting dat golffunctie gewoon de entiteit van het kwantumsysteem zelf is, de WIJZE interpretatie. In WISE-interpretatie, er is GEEN relatie tussen de golffunctie en het kwantumsysteem, de golffunctie IS gewoon het kwantumsysteem. De WISE-interpretatie wordt ondersteund door het ontmoeting vertraagde keuze-experiment, waarover enkele jaren geleden in verschillende media bericht is.