前几篇文章主要说的是和量子测量有关的一些概念。首先测量就是,在测量系统的物理量和测量系统(在量子测量中,一般叫做量子指针)之间建立一个一对一的关系。我们是从测量系统来了解测量的物理量的,由于有相互作用,才会导致这种关系,所以作用强度也一定会包含在测量系统中。这个可以测量的量,用θ表示,我们通过测量指针的变化来给出这些量的,那么测量的指针的变化用M来表示,所以θ和M之间有一对一的关系。
如果我想知道θ的涨落,就是Δθ,根据微分关系,我们就会有上边的关系。任何知道微积分的都会理解这个关系。我们能看到这个Δθ不仅由ΔM来决定,还有M相对θ的导数。
举个简单的粒子。用一个简谐振子的基态来测量一个量子比特。量子比特有两个结果,所以简谐振子的基态会出现两个变化,一个变化对应一个结果。这个相互作用,就是简谐振子的位置发生多大变化的原因。我们测量这个作用的强度g,量子指针的位置变化就是x。毫无疑问,强度g和位置变化x之间有一个一对一的关系。
我们要想知道Δg,这就是量子估计。我们会看到,x的涨落就是量子指针位移方向的指针自身的涨落Δx。所以我们会直觉的理解,位移的涨落肯定是越小越好。但是这是错误的。因为还有x对g的导数。
研究者已经给出了最后的关系,就是上边的关系。这里边的F就是量子费舍尔信息,ρ是指针的量子态,A是产生变化的算符。在纯态的情况下,下边的关系,量子费舍尔信息与A的涨落有关,涨落越大,信息越大,θ的涨落就越小。
所以关键就是A是什么?它是让指针发生变化的那个物理量。这个可能让很多人有些不太理解,但是很简单。比如量子指针的位置发生了变化,那么位置变化的原因是什么呢?一个经典粒子在没有外力的情况下,就可以发生匀速直线运动,位置发生变化。所以位置发生变化的原因,是粒子有动量。所以这个位置发生变化的物理量就是动量p。
也就是说如果测量的更准确,那么根本的原因不是这个位置x的涨落变得更小,而是它的共轭物理量动量p的涨落更大。
这个结论有些超出一些人的经验。
提升共轭物理量的涨落,是提升测量精度的根本原因。而提升共轭物理量的涨落,不仅仅是非经典性,实际上加点热就可以。
这个事情就是这么简单有趣。
那么为什么以前从来不考虑热态呢?这是一个需要先介绍的简单例子。