新研究对“量子测不准原理”获得更深入理解

       在量子力学中，不可能既准确地知道你现在哪里，又准确地知道你要去哪里。这个被称为“海森堡不确定性原理”（又称“测不准原理”）的想法，几十年来一直是量子研究领域的关键部分，而现在物理学家对其中的不确定性更加确定了。

　　在量子物理学发展之前，为寻求更精确地测量物体，研究人员会不断寻求更好的测量仪器。但在1927年，维尔纳·海森堡发现，在处理量子尺度物体时，要同时测量某些成对的变量（例如位置和动量），其精确度存在根本限制。

　　现在，日本九州大学的仓持结和电气通信大学的田岛裕康已经证明，即使只测量单个变量，海森堡不确定性原理的某个版本也可以适用。

　　自20世纪50年代以来，研究人员一直想知道海森堡对不确定性的描述是否需要修改，诸如针对两个碰撞的弹珠之类的系统，在这些系统中，它们的组合动量是守恒的，这意味着二者碰撞的前后具有相同的动量值。这种对动量的额外限制是否可以“欺骗”不确定性原理，让你能够极其精确地测量两个球的位置？

　　对于测量返回离散值（例如0或1）的简单系统，答案似乎是否定的。但当涉及到像碰撞弹珠这样的系统时，位置和动量具有连续值而不是离散值，这使得数学更加复杂。之前的研究人员仍然认为不可能欺骗海森堡测不准原理，但到目前为止都无法证明这一点。 “为此，需要一种全新的方法，我们构建了它。” 仓持结说。

　　他和田岛裕康面临着必须对非常普遍的位置概念进行计算和证明的困难：因为它可以采用无限多个值，所以它必须由无限的数字网格表示。

　　为了解决这个问题，两人采用了一种数学技巧，使其能够将这个无限网格隐藏在另一个称为函数的数学对象中。他们可以在大部分证明中使用这个函数，然后在完成所有原本难以处理的计算后，在最后切换回位置的真实表示。

　　挪威东南大学的莱昂·洛夫里奇表示，由于这项工作提供了严格的数学证明，因此其结论“完全适用于所有实验、所有测量相互作用，永远适用。”他说，没有办法避开它并更准确地测量量子物体的位置。

　　洛夫里奇说，虽然这项工作加深了我们对现实量子本质的理解，但尚不清楚它是否可以在量子技术等应用中发挥作用，因为测量效果很微妙，很难弄清它可适用于哪些实验。他说，量子物理学一直面临着实验中使用的工具如何与所测量的物体相互作用的问题。因此，虽然我们现在可能对“不确定性”更加确定了，但仍然不确定它在实践中意味着什么。

　　新的研究成果于2023年11月21日发布在《物理学评论快报》。