跳到主要内容
Sandbox Physics

量子反差 / 概率流逆着动量走

量子环上的逆流

在环上叠加两个严格为正的角动量。移动观察门,找到负概率流;移除相干,让逆流消失。对独立重复制备分别采集角位置和角动量。

交互模型量子环上的逆流
正值负值
门处概率流00

高度:密度,五倍增益 · 箭头:概率流方向 · 从上看逆时针为正

00

问量子态,留下答案

两种测量,各自重新制备。

独立采集角位置与角动量;带正负号的概率流始终是独立模型预测。

原始记录00
概率流 · 门处00
扇区占据 · 样本—\text{—}
平均角动量 · 模型11

角分布 / 移动观察门

θ (rad)\theta\ (\mathrm{rad})

00

青色:精确概率密度;描边圆点:记录频率除以箱宽。金色观察门是四分之一圆弧扇区的起点。

带符号的概率流 / 模型

—\text{—}

青色和珊瑚色:正向与反向概率流;琥珀色:相同动量占据、无相干的对照。占据误差为一个二项标准误;仅凭位置计数不能得到这些曲线。

模型、单位与实际测量对象
ψ(θ,s)=cos⁡η eiθ−is/2+eiϕsin⁡η eimθ−im2s/22π\psi(\theta,s)=\frac{\cos\eta\,e^{i\theta-is/2}+e^{i\phi}\sin\eta\,e^{im\theta-im^2s/2}}{\sqrt{2\pi}}
s=ℏtMR2,j=Im⁡(ψ∗∂θψ),tTb=s(m2−1)4πs=\frac{\hbar t}{MR^2},\quad j=\operatorname{Im}(\psi^*\partial_\theta\psi),\quad \frac{t}{T_b}=\frac{s(m^2-1)}{4\pi}

公式显示纯态;相干控件只缩放密度矩阵的非对角项。两个角动量均严格为正,分别为一个及所选整数倍约化普朗克常数。从上看逆时针为角度正向。时间滑块覆盖密度的一次拍频周期,不一定是绕环一整圈。流以无量纲时间为单位,密度按每弧度计。

dds∫θgθg+π/2ρ dθ=j(θg)−j(θg+π/2)\frac{d}{ds}\int_{\theta_g}^{\theta_g+\pi/2}\rho\,d\theta=j(\theta_g)-j(\theta_g+\pi/2)

金色观察门不吸收或坍缩波函数。有限扇区有两个边界,占据变化不能等同于单个门的通量。无相干对照保留相同模式占据。位置与动量分别来自独立制备,绝非同一粒子的同时取值。不模拟实体探测器、势能、磁通、相互作用或最大逆流优化态。

Goussev · Quantum backflow in a ring, equations 5–14 and 21

物理教程

量子环上的逆流

背景在环上叠加两个严格为正的角动量。移动观察门,找到负概率流;移除相干,让逆流消失。对独立重复制备分别采集角位置和角动量。

为什么值得理解分清动量、密度与概率流:三者回答不同问题。

先抓重点

核心问题
动量全向前,局部却逆流。
一句话直觉
流包含正动量波之间的交叉项;这些项能在局部超过各波自身的正向流。

核心数学模型

演化

Em=ℏ2m22MR2,m1=1,m2∈{2,…,8}E_m=\frac{\hbar^2m^2}{2MR^2},\quad m_1=1,\quad m_2\in\{2,\ldots,8\}

两个角动量分量均为正,改变相对相位会改变干涉,但不改变占据。

移除相干

ρ12⟼vρ12,0≤v≤1\rho_{12}\longmapsto v\rho_{12},\quad 0\leq v\leq1

这里定义的噪声通道保留对角占据,不是能量损失模型。

实际记录

P[a,b]=∫ab∣ψ(θ)∣2 dθP_{[a,b]}=\int_a^b|\psi(\theta)|^2\,d\theta

角位置样本估计扇区占据,角动量样本来自另一组独立制备;两者都不是粒子轨迹。

常见难点

模型不是探测器

容易误解移动密度峰描绘粒子轨迹,观察门测出其速度。

正确理解无外场理想圆环上的精确双模模型。波带高度是角概率密度,箭头是概率流,不是粒子轨迹。观察门为无扰动模型探针,角位置采样不直接测量流。直线逆流上限不适用于圆环。

动手实验

  1. 01

    找到逆流

    选择「局部逆流」,将门移到珊瑚色箭头,或点击「寻找逆流处」。

    应该观察到: 局部流可以为负,而平均角动量始终为正。
  2. 02

    采集证据

    独立采集 500 次角位置和另外 500 次角动量,观察扇区频率。

    应该观察到: 所有角动量仍为正;角直方图趋近密度,而非概率流曲线。
  3. 03

    移除干涉

    选择「移除相干」,保持相同动量权重,查看概率流。

    应该观察到: 无相干混合产生均匀正流;对这类双模态,等权相干叠加也没有负流。
反馈这个页面有错误、看不明白,或者缺了什么?告诉我们
反馈类型

提交时会附带本页地址、Lab ID、网站语言和设备类型。请不要填写个人信息。反馈最多保存 12 个月。隐私政策