在經(jīng)典力學里，物體的狀態(tài)可以被精確測量，并且觀察和測量對觀察對象的干擾可以忽略不計，但在微觀世界，干擾是無論如何都不能忽略的。對量子進行測量，就會發(fā)現(xiàn)測量的結果完全隨機，得到的結果永遠不同。

在量子物理學中，某些東西從嚴格意義上說是不可知的。例如，你永遠不可能同時知道電子的位置和動量，在硬幣落下之前，你也不知道哪個面會朝上。在測量之前，電子的位置、動量等狀態(tài)，是各種可能狀態(tài)的疊加；在硬幣落地靜止之前，它的狀態(tài)是“正面朝上”和“背面朝上”兩種狀態(tài)的疊加，僅當測量時，它才會選擇一種確定的狀態(tài)呈現(xiàn)出來。

在測量的過程中瞬間發(fā)生隨機突變，是量子力學中一大神奇之處，這也意味著，測量在量子力學中的重要性，比在經(jīng)典力學中重要得多。

世界上最精密的測量儀器當屬激光干涉儀引力波天文臺（LIGO），人類利用它首次觀測到了引力波事件，代表了人類當前最高的測量水平。為了進一步提高測量精度，科學家們不約而同地把目光聚向基于量子力學的量子精密測量技術。這是一種怎樣的技術呢？

經(jīng)典測量——你測或者不測，我都不增不減

新冠疫情出現(xiàn)后，一個人體指標受到前所未有的關注，那就是體溫，對于人體溫度的測量就是一種物理量測量。

沒有測量就沒有科學?，F(xiàn)代科學是在“假設—檢驗—模型—理論”的循環(huán)過程中建立和發(fā)展起來的。把測量精度提高一個數(shù)量級往往會導致新的物理發(fā)現(xiàn)。物理量單位的定義、測量值的精度、物理常數(shù)的大小及制約關系是否成立，成為了檢驗物理定律的關鍵。

在經(jīng)典力學里，物體的狀態(tài)可以被精確測量，并且觀察和測量對觀察對象的干擾可以忽略不計，但在微觀世界，干擾是無論如何都不能忽略的。

實際上，對任何物理量的測量都會伴隨著噪聲，這會干擾我們對系統(tǒng)的精確控制。通常認為，經(jīng)典噪聲主要來源于技術缺陷、儀器不理想等因素，隨著科學技術的發(fā)展，系統(tǒng)的經(jīng)典噪聲大大降低，常?？梢院雎圆挥?。

根據(jù)數(shù)學上的中心極限定理，重復N次（N遠大于1）獨立的測量，其測量的結果滿足正態(tài)分布，而其測量的誤差就可以達到單次測量的1/公式。因此，測量精度也就提高到單次測量的公式倍。這也就是經(jīng)典力學框架下的測量極限——散粒噪聲極限。

經(jīng)典測量所能達到的最小噪聲即散粒噪聲,對應著測量的標準量子極限。1927年，海森堡提出了量子力學中著名的測不準原理，他認為，粒子的位置與動量不可同時被確定，位置測定得越準確，動量的測定就越不準確，反之亦然。

海森堡不確定性原理似乎是遮掩這些可觀測量真實數(shù)值的一層模糊的面紗。其實，這是表示這些變量只能定義到海森堡極限所允許的精度。量子噪聲與經(jīng)典噪聲的區(qū)別，在于如熱噪聲、散粒噪聲等都與溫度相關——溫度越低，噪聲越低。當溫度達到絕對零度時，經(jīng)典噪聲將完全消失。但是，你卻無法消除量子噪聲——因為根據(jù)量子力學原理，空間中總是充滿著波動的能量，整個宇宙中都活躍著量子噪聲。

量子測量——既不是1也不是2，既是1又是2

量子理論在揭示和應用微觀世界規(guī)律方面取得了巨大成功，這也被稱為第一次量子革命，由此衍生的諸多重大發(fā)明，主要是建立在對量子規(guī)律宏觀體現(xiàn)的應用層面。

隨著科學家們對量子疊加和量子糾纏等特性進行深入研究，人類已經(jīng)能夠直接對單個量子客體（光子、原子、分子、電子等）的狀態(tài)進行主動制備、精確操縱和測量，從而能夠以一種全新的“自下而上”的方式來利用量子規(guī)律認識和改造世界。量子調控和量子信息技術的迅猛發(fā)展標志著第二次量子革命的興起。

我們要認識和了解量子，就必須知道量子物理狀態(tài)，比如它是如何運動的，能量有多大等。如果對量子進行測量，就會發(fā)現(xiàn)測量的結果是完全隨機的。這是因為，量子有著許多不同于宏觀物理世界的奇妙現(xiàn)象和特性，比如量子疊加。

“在我們生活的宏觀世界里，量子疊加現(xiàn)象是無法存在也無法維持的。在宏觀的經(jīng)典世界里，1就是1，2就是2。而在微觀的量子世界中，一個狀態(tài)可以存在于1和2之間，它既不是1，也不是2，但它既是1，又是2?！敝袊茖W技術大學上海研究院副研究員張文卓說。