Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Для полного описания состояния квантовой системы нужно знать ее волновую функцию Y.
Квадрат модуля |Y|2 пропорционален вероятности получить при измерении тот или иной результат (например, если речь идет об одной частице, найти ее в опре-деленной точке пространства или обнаружить у нее определенный импульс). Можно ли измерить волновую функцию? Если в нашем распоряжении имеется одна-единственная копия исследуемой системы, то этого нельзя сделать в принципе, поскольку воздействие измерительного устройства приводит к изменению состояния системы (то есть ее волновой функции), и последующие измерения становятся просто бессмысленными. Однако, располагая ансамблем идентичных систем, можно определить распределения вероятностей различных измеряемых величин и по ним восстановить волновую функцию, хотя бы приближенно. Такая методика известна как томография квантового состояния. Она играет важную роль в квантовой информатике.
В работе канадских физиков [1] предложена методика не косвенного, а прямого экспериментального определения волновой функции. Она основана на последовательном измерении двух взаимно дополнительных величин (например, координаты и импульса) таким образом, чтобы первое измерение было “слабым” [2], то есть не приводило к кардинальному изменению исходного состояния, а второе – обычным (“сильным”). При слабом измерении смещение стрелки прибора настолько мало, что не выходит за пределы неопределенности ее начального положения. Поэтому, как и в квантовой томографии, требуется большое количество измерений над идентичными копиями системы и усреднение по ним. Статистическая погрешность может быть сделана сколь угодно малой за счет увеличения числа таких копий в ансамбле. В зависимости от результатов второго измерения отбираются системы с определенной величиной измеренного параметра (например, с нулевым импульсом). Только эти системы и учитываются при анализе данных первого измерения (“postselection”). Таким образом, авторы [1] измерили волновую функцию единичного фотона в перпендикулярном к его импульсу направлении, определив квадрат ее модуля и фазу как функции координаты. Предложенный в [1] подход к измерению волновой функции можно распространить и на другие физические объекты и системы (например, на электронные спины, сквиды, ионы в магнитной ловушке и пр.). Особенно интересно было бы обобщить его на запутанные многочастичные состояния.
Поматериаламзаметки “How to catch a wave”,
O.Hosten, Nature 474, 170 (2011).
1. J.S.Lundeen et al., Nature 474, 188 (2011).
2. Y.Aharonov et al., Phys. Rev. Lett. 60, 1351 (1988).
