温永立 张善超 颜辉 朱诗亮†

1) (南京大学物理学院， 固体微结构国家实验室， 南京 210093)

2) (华南师范大学物理与电信工程学院， 广东省量子调控工程与材料重点实验室， 广州 510006)

3) (华南师范大学， 粤港量子物质联合实验室， 物理前沿科学研究院， 广州 510006)

量子密度矩阵描述了量子态的性质， 因此如何有效地测量密度矩阵是量子力学的核心课题之一.最近，几个研究组发展了一种基于弱值的直接测量密度矩阵的方法.相较于常用的量子态层析技术， 这种方法能够更直接和更简便地重构密度矩阵.然而这种方法需要耦合额外的测量指针， 从而也增加了测量的复杂度和测量系统的设计困难.本文先回顾并讨论了量子态直接测量的相关研究， 然后基于δ-淬火直接测量波函数的方法提出了一种新的直接测量密度矩阵的方法.这种方法无需耦合外部测量指针， 因此可以降低测量的复杂度和测量系统的设计困难， 更进一步地简化了直接测量密度矩阵的实验过程.基于此方法， 提出了更高信号强度以及更少操作次数等两种无指针直接测量方案， 并对比分析了它们在不同的测量条件下的优缺点.最后，具体设计了测量光子密度矩阵的实验.

1 引 言

在量子力学中， 量子态用于描述一个量子系统的性质， 是量子力学的核心概念之一.量子纯态可以用波函数描述， 而更普遍的混合态必须用密度矩阵来刻画， 所以密度矩阵的测量是量子力学的重……