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宏观实在性与Leggett-Garg不等式的实验验证

2020-12-08阅读(575)

宏观实在性与Leggett-Garg不等式的实验验证

论文摘要

量子信息科学的突飞猛进离不开量子理论的物理支持,量子力学相比与经典理论来说,给人们呈现出更多新奇、纷繁甚至是直观经验难以理解的物理现象。量子态的相干叠加特性是量子力学有别于经典世界的一个重要特征,Leggett-Garg不等式的提出为其宏观实在性的理论与实验研究的区分与界定提供了有力的判据。本文的研究工作主要围绕Leggett-Garg不等式违背的实验验证而作展开,具体内容分为以下两个方面:第一,基于线性光学体系下实现对模糊测量下无信号Leggett-Garg不等式违背的实验验证。这一实验主要针对的是备受争议性的宏观实在性问题,Leggett-Garg不等式的提出就是检验宏观实在性。在这一部分,我们实现了一个不同路径和偏振模式下的量子光学三能级系统实验,利用单光子实现模糊测量和清晰测量下,在探测时间上无信号的Leggett-Garg不等式的最大违背,体现了测量产生的信号传递。对比发现,在清晰测量情况下,Leggett-Garg不等式的违背虽然在实验中可以用信号来进行解释,但依旧无法达到修正后的Leggett-Garg不等式的违背;不同的是,在模糊测量的情况下,实验测量在满足no-signaling-in-time的同时,Leggett-Garg不等式的违背得以验证,这对于验证无漏洞的宏观实在性具有重要意义。第二,实现了在不同量子态下,针对基于宏观实在性基础假设的标准Leggett-Garg不等式及两类变式的实验讨论。首先是将3-时的第一类Leggett-Garg不等式的变式与标准Leggett-Garg不等式进行对比实验,结果发现变式的量子违背量要大于标准形式下的Leggett-Garg不等式;接下来,提出第二类变式,并通过拓展到n-时测量,发现两类变式即使是在量子比特系统下,量子违背随着时间点n的增加而增大。根据现有的实验技术条件,我们在实验上最多讨论到n=5的情况,实验结果与理论符合的较好。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 量子通信与量子加密
  •   1.3 量子计算
  •   1.4 文章内容结构简介
  •   1.5 参考文献
  • 第二章 量子信息论基础和量子力学
  •   2.1 量子信息论的量子力学基础
  •     2.1.1 量子
  •     2.1.2 量子比特
  •     2.1.3 量子纠缠态
  •     2.1.4 量子不可克隆原理
  •   2.2 量子演化
  •   2.3 量子测量
  •     2.3.1 广义测量
  •     2.3.2 投影测量
  •     2.3.3 正定算子测量（POVM）
  •   2.4 线性光学体系
  •     2.4.1 单光子Mach-Zehnder干涉仪
  •     2.4.2 参量下转化
  •     2.4.3 线性光学器件
  •   2.5 参考文献
  • 第三章 模糊测量下无信号Leggett-Garg不等式违背的实验实现
  •   3.1 研究背景
  •   3.2 Leggett-Garg不等式的简介
  •   3.3 无信号Leggett-Garg不等式违背的理论介绍
  •     3.3.1 无信号Leggett-Garg不等式与模糊测量
  •     3.3.2 清晰测量下的Leggett-Garg不等式
  •     3.3.3 模糊测量下的Leggett-Garg不等式
  •   3.4 实验实现
  •   3.5 实验结果与小结
  •   3.6 参考文献
  • 第四章 标准Leggett-Garg不等式及其变式量子违背的实验讨论
  •   4.1 引言
  •   4.2 Leggett-Garg不等式变式
  •     4.2.1 标准形式下的Leggett-Garg不等式
  •     4.2.2 标准Leggett-Garg不等式的变式方案
  •   4.3 实验实现
  •   4.4 实验结果与小结
  •   4.5 参考文献
  • 第五章 总结与展望
  • 硕士期间发表论文和参加的学术活动
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 徐梦妍

    导师: 薛鹏

    关键词: 线性光学,不等式,量子测量,量子相干

    来源: 东南大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 东南大学

    分类号: O413

    DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.000753

    总页数: 64

    文件大小: 2334K

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