[论文解读] Weak measurements of non local variables

Aharon Brodutch|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2008

Quantum Mechanics and Applications参考文献 24被引用 3

一句话总结

本文研究了对非局域量子变量的弱测量，例如在空间分隔位置的纠缠粒子上可观测量的和与积。提出使用专门制备的纠缠测量装置实现直接的非局域弱测量协议，并分析了间接的局域方法，结论指出直接方法更高效，且由于现有间接方法存在根本性低效，非局域积的弱值无法可靠测量。

ABSTRACT

Methods for measuring the weak value of non local variables are investigated. We analyze local (indirect) measurement methods for obtaining the weak values. We also describe some new (direct) methods (Non local weak measurements) for measuring the weak values of some non local variables.

研究动机与目标

• 研究测量非局域量子变量（如空间分隔位置上纠缠粒子可观测量之和与积）的弱值的可行性与效率。
• 提出并分析使用特殊制备的纠缠测量装置进行非局域变量直接非局域弱测量协议。
• 从资源效率与实用性角度，比较使用独立局域装置的间接局域测量方法与直接非局域方法。
• 评估非局域弱值（特别是非局域积）的物理地位，判断其是否可基于测量可行性被视为“实在性元素”。
• 评估现有间接方法（如“联合弱值”）的局限性，并证明其在测量非局域积时的极低效率。

提出的方法

• 提出一种使用特定叠加态制备的纠缠测量装置，直接对远距离粒子上可观测量之和进行非局域弱测量的方法。
• 描述一种基于局域弱值与非局恒弱值之和关系的间接局域方法，使用两个独立的局域测量装置（每个位置一个）。
• 分析“联合弱值”方法对非局域积的测量，该方法依赖于顺序的局域弱测量及对结果的经典后处理。
• 引入一种顺序弱测量协议用于非局域积的测量，该协议需预先知晓待测系统。
• 使用两态矢量形式（TSVF）描述预选与后选系统，并推导出弱值作为测量装置指针与弱值之间有效耦合强度。
• 通过评估达到给定精度所需的样本集合大小来比较测量效率，以指针位移的不确定性作为资源成本的代理。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用非局域测量装置直接测量纠缠粒子上两个可观测量之和的非局域弱值？
• RQ2 测量非局域和时，间接局域弱测量方法的效率与直接非局域方法相比如何？
• RQ3 是否存在一种实用且高效的测量远距离粒子上两个可观测量之积的非局域弱值的方法？
• RQ4 为何现有间接方法（如“联合弱值”）在测量非局域积时被认为极低效？
• RQ5 若无法通过与测量装置的有效耦合来测量，非局域积的弱值能否被视为“实在性元素”？

主要发现

• 使用非局域测量装置直接测量两个可观测量之和的非局域弱值是可行的，且显著优于间接局域方法，尤其当非局域不确定性较小时、局域不确定性较大时。
• 用于测量非局域和的间接局域方法所需样本集合大于直接方法，因此效率较低，尤其在局域不确定性较大时更为明显。
• 目前尚无直接测量非局域弱值之积的方法；所有现有方法均依赖于间接或顺序的局域测量。
• “联合弱值”方法在测量非局域积时比用于和的间接局域方法更加低效，原因在于指针位移的偏差极小，远小于可观测量的不确定性。
• 对于非局域积，由于测量装置与弱值之间缺乏有效耦合，此类弱值无法可靠地解释为“实在性元素”。
• 本文结论认为，由于缺乏高效测量程序，非局域积的弱值物理地位低于非局域和的弱值。