自旋测量中普适有效误差-扰动不确定性关系的实验验证

不确定性原理通常禁止以任意精度确定某些成对的量子力学可观测量，并构成了量子力学中不确定性的基础。Heisenberg 曾利用著名的伽马射线显微镜思想实验来阐释这种不确定性。他为可观测量的测量误差与测量引起的扰动之积设定了一个下界。后来，不确定性关系被重新表述为标准差的形式，该形式仅关注预测的不确定性，而忽略了测量装置中不可避免的反冲。考虑反冲的误差-扰动关系的正确表述，对于深入理解不确定性原理至关重要。然而，Heisenberg 原始的误差-扰动不确定性关系仅在有限条件下才成立。通过对量子测量进行严格且一般性的理论处理，推导出了另一种被认为具有普适有效性的误差-扰动关系。在此，我们报道了一项中子光学实验，该实验记录了自旋分量测量的误差以及对另一自旋分量测量造成的扰动。结果证实，误差与扰动均完全服从这一新的、更具一般性的关系，而在实验参数的很大范围内违反了旧的关系。