我們都知道，物理學(xué)是基于實(shí)驗(yàn)觀察的。我們通過與系統(tǒng)外部的儀表相互作用，來獲得關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)部性質(zhì)的信息。例如，我們可以用一個(gè)溫度計(jì)來測量一個(gè)物體的溫度，或者用一個(gè)電流表來測量一個(gè)電路中的電流。但是，這些相互作用并不是無損的。當(dāng)我們用儀表來測量系統(tǒng)時(shí)，我們也會(huì)對系統(tǒng)造成一定的擾動(dòng)，改變它的狀態(tài)。這就是所謂的反饋?zhàn)饔谩?/p>

在經(jīng)典物理學(xué)中，反饋?zhàn)饔猛ǔ？梢院雎圆挥?jì)，或者通過校準(zhǔn)儀表來消除。但是，在量子物理學(xué)中，反饋?zhàn)饔脜s有著根本性的限制。根據(jù)海森堡不確定性原理 ，我們不能同時(shí)精確地知道一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)互補(bǔ)性質(zhì)，比如位置和動(dòng)量，或者能量和時(shí)間。這意味著，當(dāng)我們用儀表來測量系統(tǒng)的一個(gè)性質(zhì)時(shí)，我們必然會(huì)增加系統(tǒng)另一個(gè)性質(zhì)的不確定性。這就是所謂的反饋不確定性。

那么，反饋不確定性對測量結(jié)果有什么影響呢？在經(jīng)典物理學(xué)中，我們通常認(rèn)為測量結(jié)果是系統(tǒng)性質(zhì)的客觀反映，與測量方法無關(guān)。換句話說，我們認(rèn)為系統(tǒng)性質(zhì)是存在于系統(tǒng)本身的現(xiàn)實(shí)元素，而不是由測量產(chǎn)生的。但是，在量子物理學(xué)中，這種觀點(diǎn)卻遇到了很多困難和悖論。

發(fā)表在《物理評論研究》的一篇新論文中，作者提出了一個(gè)新穎而有啟發(fā)性的觀點(diǎn)：測量結(jié)果其實(shí)取決于系統(tǒng)和儀表之間量子相干相互作用的動(dòng)力學(xué)。他們指出，在接近量子不確定性極限的精度下，儀表移動(dòng)，即表示系統(tǒng)性質(zhì)值的儀表指針位置變化，并不是由系統(tǒng)本身決定的，而是由反饋?zhàn)饔脤ο到y(tǒng)造成的動(dòng)力學(xué)變化決定的。

作者使用了一種稱為弱值的概念來描述這種動(dòng)力學(xué)變化。弱值是一種在弱測量中使用的量子平均值，它可以在某些情況下超出系統(tǒng)性質(zhì)的本征值范圍，甚至出現(xiàn)復(fù)數(shù)或無窮大的結(jié)果。作者證明了，在反饋不確定性足夠小的情況下，系統(tǒng)性質(zhì)的弱值可以從反饋?zhàn)饔玫墓茴D-雅可比方程中得到。

作者還進(jìn)一步分析了在更高的測量精度下，測量結(jié)果是如何由不同反饋?zhàn)饔弥g的量子干涉決定的。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種量子干涉對應(yīng)于反饋參數(shù)的傅里葉變換 時(shí)，系統(tǒng)性質(zhì)的本征值就會(huì)出現(xiàn)。這就解釋了為什么在強(qiáng)測量 中，我們通常只能觀察到系統(tǒng)性質(zhì)的本征值，而不是弱值。

作者最后得出了一個(gè)令人驚訝而深刻的結(jié)論：在量子測量中，我們觀察到的系統(tǒng)性質(zhì)值其實(shí)是由系統(tǒng)在相互作用過程中產(chǎn)生的反饋?zhàn)饔脛?dòng)力學(xué)的量子相干特征決定的。測量結(jié)果并不是反映系統(tǒng)本身存在的現(xiàn)實(shí)元素，而是反映了相互作用的動(dòng)力學(xué)元素。這就意味著，測量并不是簡單地揭示我們看到的現(xiàn)實(shí)，而是在一定程度上創(chuàng)造了我們看到的現(xiàn)實(shí)。(www.ws46.com)

這篇論文為我們提供了一個(gè)全新而有趣的視角，來理解量子物理學(xué)中測量和現(xiàn)實(shí)之間的關(guān)系。它也為我們展示了如何利用系統(tǒng)和儀表之間量子相干相互作用的動(dòng)力學(xué)來控制和操縱測量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)新穎和有用的量子技術(shù)。