报告题目：量子成像和三个令人惊讶的Stern-Gerlach实验

报 告 人：汪立宏，美国加州理工学院

报告时间：2026年9月17日 14:30

报告地点：物理楼W105

内容摘要：纠缠光子具有非经典相关性，可用于成像。与传统光学成像相比，基于纠缠光子重合检测的量子成像显示出超出经典衍射极限的超分辨率。我们将介绍实验成像结果和基本理论。与传统的光学成像相比，基于纠缠光子符合探测的量子成像实现了超越经典衍射极限的超分辨能力。我们将展示实验成像结果以及解释这些优势的理论框架。由于光子源自原子和分子，我们的研究还探讨了经典与量子交界处的原子物理问题。我们证明，通常被视为经典运动方程的玻尔兹曼方程，可以被重新表述为量子冯·诺依曼方程和薛定谔方程。这种对应关系揭示了标准量子自旋方程的经典起源，并阐明了两种描述之间的联系。我们展示了三项出人意料的实验观测结果。首先，我们对海森堡和爱因斯坦设想、弗里歇和塞格雷实施的多级斯特恩-格拉赫实验进行了建模，其精度优于现有方法。最近，我们还在极低磁场梯度条件下对原子束分裂进行了量子测量。传统的斯特恩-格拉赫实验依赖于强磁场梯度来空间分辨分裂的原子束。相比之下，我们采用光学光谱技术来分辨原本在空间上重叠、看似无法分离的原子分布，从而实现了低场量子测量。尽管传统理论模型在高磁场条件下与实验结果一致，但当磁场梯度趋近于零时，它们表现出明显的偏差。而我们的理论在整个磁场范围内均与实验观测保持一致。本工作的关键成果之一是估算出电子自旋坍缩时间，并以无量纲的拉莫尔进动周期为单位表示。最后，在标准斯特恩-格拉赫装置前插入一个零磁场梯度（即零梯度）的阶段，也产生了令人意外的效果。

报告人简介：汪立宏是美国国家工程院院士，加州理工学院教授，发表630余篇论文（h-index: 162，被引: 112,000，根据斯坦福大学/Elsevier的统计，在光学领域被引次数排名第一）。发明世界首台功能光声CT、三维光声显微镜和光速压缩超快摄影（世界上速度最快的相机）。《Journal of Biomedical Optics》主编。获Joseph W. Goodman Book Writing奖、NIH Outstanding Investigator奖、NIH Director’s Transformative Research奖、NIH Director’s Pioneer奖、Optica Mees Medal and Feld Award、IEEE技术成就奖、IEEE生物医学工程奖、SPIE Britton Chance生物光子学奖、IPPA资深奖。