中國學(xué)者實現(xiàn)打破標準量子極限的測量精度
由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子信息重點實驗室郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)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(guān)干涉效應(yīng)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(guān)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(xué)光納米結(jié)構(gòu)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(guān)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(chǔ)性的障礙。”

測量精度量級對理解量子力學(xué)機制十分關(guān)鍵，然而事實卻是，測量精度卻有受制于量子力學(xué)法則的極限?？茖W(xué)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(guān)于迫近海森堡極限的種種嘗試都因損耗效應(yīng)（loss effort）而沒有獲得成功。

Sun表示，“標準量子極限已經(jīng)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(xué)家設(shè)計出一種損耗效應(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yù)期的技術(shù)改進，導(dǎo)致更的多光子探測器出現(xiàn)，測量可能產(chǎn)出更加的結(jié)果。

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