实验物理学家大卫·韦尔德（David Weld）研究反馈和测量在量子系统中的作用

实验物理学家大卫·韦尔德（David Weld）的实验研究兴趣在于一个已经存在了很长时间的问题，但我们现在才接近研究的能力。

“人们对量子测量行为有一种非常古老的兴趣，”他说。“这是量子力学的基础，一个多世纪以来一直困扰着人们。

这个谜题被称为“测量问题”，由欧文·薛定谔（Erwin Schrödinger）用盒子里的活/不活猫的思想实验来说明，这个谜题停留在量子和经典系统的耦合上。在许多可能状态的叠加态中，一个不断发展的量子系统如何失去其量子特性，从而给出一个明确的测量经典结果？ 测量对量子系统的影响一直是许多解释和假设的主题，但仍然只是部分理解。

为了调查这个问题，加州大学圣巴巴拉分校的韦尔德被戈登和贝蒂摩尔基金会选为。

其 2023 年实验物理研究员之一。在接下来的五年里，他获得了125万美元的资助，与其他21位处于职业生涯中期的物理学家一起推进实验物理学的科学前沿。

“我们对这个特殊的摩尔奖感到非常兴奋，”韦尔德说，他的项目是建立一个实验平台，用于探索测量和反馈对量子系统的影响。“实验物理研究者计划是独一无二的，因为它资助了许多不同领域的人们。

事实上，这笔资金旨在支持个别处于职业生涯中期的实验物理学家，在他们最有生产力的时候，使科学家能够在他们的研究中发挥创造力和创新精神 – 并开发新的实验技术和技巧，以帮助加深我们对宇宙的理解。

“实验上真正未探索的是，如果你将这些测量结果反馈给系统的未来参数，会发生什么，”韦尔德说，他将与UCSB物理学家Andrew Jayich合作进行这个项目。反馈可能有用的一种方式是在量子纠错领域，其中反馈保护量子比特中的信息，以实现更强大的量子计算。“但这只是更广泛可能性空间的一个例子，当你添加这些反馈元素时，你可能会有新的行为，新的现象和新的物质状态出现，”他说。

为了为潜在的新行为和现象奠定基础，研究小组正在开发一种实验装置，该设备结合了超低温下的原子 – 量子行为变得很重要 – 和光镊，镊子是聚焦激光，允许研究人员捕获和操纵这些原子。使用镊子阵列在这种严格控制的环境中操纵大型超冷原子集合，研究人员将能够探索多体量子系统的物理学，其中许多粒子相互作用及其结构化的经典环境，以潜在地产生涌现行为。使用数千个原子还可以使研究人员进行弱测量，深入了解系统的动力学，而不会像测量那样完全失去量子特性。

“它开辟了这种可能性，我们很高兴在不破坏量子态的情况下进行部分测量和反馈，”韦尔德说。

根据摩尔基金会的说法，“韦尔德博士开发控制量子系统中熵，能量和信息流的技术的工作可能对依赖量子控制的所有科学或技术平台产生重大影响。