化工儀器網
技術文章
中國學者實現(xiàn)打破標準量子極限的測量精度
閱讀：410 發(fā)布時間：2013-6-8中國學者實現(xiàn)打破標準量子極限的測量精度
由中國科學技術大學量子信息重點實驗室郭光燦院士領導的研究小組日前在量子態(tài)測量精度上實現(xiàn)了突破。他們證實了一種基于多光子糾纏及相關干涉效應的新測量方法，其精度能夠打破所謂的“標準量子極限”（standard quantum limit），并十分接近于海森堡極限（Heisenberg limit）。相關論文發(fā)表在近期的《歐洲物理快訊》（Europhysics Letters）上。
論文*作者、現(xiàn)美國哥倫比亞大學光納米結構實驗室的Fangwen Sun表示，“高分辨率的量子態(tài)測量將有助于實現(xiàn)其他一些相關物理參數(shù)的高精度，比如時移和距離等。”他指出，“新的方法可以一般化到高光子數(shù)量態(tài)（high-photon-number states）中，迫近海森堡極限也沒有基礎性的障礙。”
測量精度量級對理解量子力學機制十分關鍵，然而事實卻是，測量精度卻有受制于量子力學法則的極限。科學家現(xiàn)在認為，量子態(tài)的*測量精度并非標準量子極限，而是海森堡極限。此前已有研究利用一種基于壓縮態(tài)（squeezed-state）的干涉測量方法，超越了標準量子極限。但關于迫近海森堡極限的種種嘗試都因損耗效應（loss effort）而沒有獲得成功。
Sun表示，“標準量子極限已經可以通過常規(guī)光源比如激光實現(xiàn)。N個光子的標準量子極限是根號N分之一，而海森堡極限是N分之一。利用具有特殊糾纏特性的量子光源可以達到海森堡極限，但無法超越。”
在研究中，科學家設計出一種損耗效應較少的方法。首先，他們向分光器中“注射”入雙光子Fock態(tài)，然后這對糾纏光子會穿過一系列光學器件，包括半波片、干涉濾光片以及移相器。zui后研究人員利用一種新近開發(fā)的量子態(tài)投射（quantum state projection）方法來提取糾纏光子中的相態(tài)信息。
研究人員zui終令雙光子態(tài)的測量精度達到0.506，四光子態(tài)達到0.291。相應的標準量子極限值為0.707和0.5，海森堡極限值為0.289和0.25。對此Sun說，“是所有光子的集體效應改進了測量的精度。因此光子糾纏得越好，這種綜合效果也越強，精度就越高。”
研究人員希望隨著預期的技術改進，導致更的多光子探測器出現(xiàn)，測量可能產出更加的結果。