記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)近期在量子精密測量方向取得重要進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)成員李傳鋒、陳耕等人設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種全新的量子弱測量方法，實(shí)現(xiàn)了海森堡極限精度的單光子克爾效應(yīng)測量。這是國際上首個(gè)在實(shí)際測量任務(wù)中達(dá)到海森堡極限精度的工作，可利用的光子數(shù)達(dá)到１０萬個(gè)。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然 通訊》日前發(fā)表了該成果。
量子精密測量是量子信息科學(xué)的一個(gè)重要方向，旨在利用量子資源和效應(yīng)實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典方法的測量精度。該領(lǐng)域之前的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，是以多光子糾纏態(tài)為探針，實(shí)現(xiàn)海森堡極限精度的光相位測量。但由于實(shí)驗(yàn)上很難制備出光子數(shù)大于１０的糾纏態(tài)，這種方法原理上可以演示超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限的可能性，但不具有實(shí)際測量能力。
近期，李傳鋒研究組創(chuàng)新思路，重新設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)測量方案，他們把制備混態(tài)探針和測量虛部弱值技術(shù)相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)上成功達(dá)到了海森堡極限精度，并可以用來測量單個(gè)光子在商用光子晶體光纖中引起的克爾效應(yīng)。這種方法無需利用糾纏等量子資源，所用探針來源于常規(guī)的激光脈沖，從而擺脫了光子數(shù)的限制。在實(shí)驗(yàn)中，研究組利用含有約１０萬個(gè)光子的激光脈沖，測量商用光子晶體光纖的單光子克爾系數(shù)精度達(dá)到了１０－１０弧度，比此前經(jīng)典方法測量的最高精度提高了兩個(gè)量級(jí)。
據(jù)介紹，該研究成果展現(xiàn)了量子精密測量的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)驗(yàn)中光子的利用率約為１６％。下一步，研究組將在如何提高光子利用率方面深入探索。
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