中國科技大學首次試驗驗證海森堡不確定原理

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記者12日從中國科技大學獲悉，該校中科院量子信息重點實驗室李傳鋒博士研究組在實驗上突破了量子力學中“經典”不確定關系，并驗證了新形式的海森堡不確定原理，這也是世界上首次試驗驗證這一原理。

據介紹，經典的海森堡不確定原理認為，在一個量子力學系統中，一個粒子的兩個力學量，比如位置和動量，不能被同時精確確定。但愛因斯坦等人1935年提出了“EPR佯謬”，對此進行質疑，認為如果AB兩個粒子是孿生的，可以同時準確測量A的位置和B的動量，而從B的動量又可以推出A的動量，也就是說可以同時確定A粒子的位置和動量。

對“EPR佯謬”的進一步研究催生出了量子糾纏的概念。科學家們認為，利用量子糾纏，有可能同時確定一個粒子的位置和動量。最近的理論研究則明確給出了這一問題的定量描述(數學公式)，這就是新形式的海森堡不確定原理通過量子糾纏，觀測者可以把被測粒子A的“量子信息”存儲在粒子B上，這時測量結果的不確定度依賴于A與B的糾纏度的大小，當它們的糾纏度最大時，兩個力學量可以同時被準確測量，此時經典的海森堡不確定原理不再成立。

李傳鋒研究組利用非線性光學過程產生的孿生光子對，制備出一種特殊的糾纏態貝爾對角態，把其中一個光子作為被測光子，另一個光子作為存儲被測光子量子信息的輔助光子。他們通過將輔助光子存儲在自行研制的自旋回聲式的量子存儲器中(存儲時間可達1.2微秒)，實現了對被測光子的兩個力學量的測量，并給出了兩個力學量測量結果不確定度的最小值。該結果突破了經典的不確定關系，并驗證了新形式的海森堡不確定原理。

由于不確定原理是量子力學中最基本的原理，該成果將有助于人們更深刻地理解量子力學的本質特征；同時，由于利用量子存儲技術增大了對量子保密通信竊聽的可能性，該成果對保證量子密碼的安全性也有著重要意義，有望在量子保密通信的實用化中發揮重要作用。而相關研究成果發表在最新一期的國際權威期刊《自然·物理》上。