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中國(guó)學(xué)者實(shí)現(xiàn)打破標(biāo)準(zhǔn)量子極限的測(cè)量精度
閱讀：413 發(fā)布時(shí)間：2013-6-8中國(guó)學(xué)者實(shí)現(xiàn)打破標(biāo)準(zhǔn)量子極限的測(cè)量精度
由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組日前在量子態(tài)測(cè)量精度上實(shí)現(xiàn)了突破。他們證實(shí)了一種基于多光子糾纏及相關(guān)干涉效應(yīng)的新測(cè)量方法，其精度能夠打破所謂的“標(biāo)準(zhǔn)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(guó)哥倫比亞大學(xué)光納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的Fangwen Sun表示，“高分辨率的量子態(tài)測(cè)量將有助于實(shí)現(xiàn)其他一些相關(guān)物理參數(shù)的高精度，比如時(shí)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(méi)有基礎(chǔ)性的障礙。”
測(cè)量精度量級(jí)對(duì)理解量子力學(xué)機(jī)制十分關(guān)鍵，然而事實(shí)卻是，測(cè)量精度卻有受制于量子力學(xué)法則的極限。科學(xué)家現(xiàn)在認(rèn)為，量子態(tài)的*測(cè)量精度并非標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量方法，超越了標(biāo)準(zhǔn)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(méi)有獲得成功。
Sun表示，“標(biāo)準(zhǔn)量子極限已經(jīng)可以通過(guò)常規(guī)光源比如激光實(shí)現(xiàn)。N個(gè)光子的標(biāo)準(zhǔn)量子極限是根號(hào)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(dá)到海森堡極限，但無(wú)法超越。”
在研究中，科學(xué)家設(shè)計(jì)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(duì)糾纏光子會(huì)穿過(guò)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(kāi)發(fā)的量子態(tài)投射（quantum state projection）方法來(lái)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(cè)量精度達(dá)到0.506，四光子態(tài)達(dá)到0.291。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量子極限值為0.707和0.5，海森堡極限值為0.289和0.25。對(duì)此Sun說(shuō)，“是所有光子的集體效應(yīng)改進(jìn)了測(cè)量的精度。因此光子糾纏得越好，這種綜合效果也越強(qiáng)，精度就越高。”
研究人員希望隨著預(yù)期的技術(shù)改進(jìn)，導(dǎo)致更的多光子探測(cè)器出現(xiàn)，測(cè)量可能產(chǎn)出更加的結(jié)果。