中科大首次實現海森堡極限精度的量子精密測量

從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室在量子精密測量方向取得重要進展。該實驗室李傳鋒、陳耕等人設計並實現了一種全新的量子弱測量方法，實驗實現了海森堡極限精度的單光子克爾效應測量，這是國際上首個在實際測量任務中達到海森堡極限精度的工作，可利用的光子數達到10萬個。研究成果日前發表在國際權威期刊《自然·通訊》上。

測量由單個光子引起的克爾效應的實驗裝置圖。 本文圖片 中科大官網

量子精密測量是量子信息科學中新發展起來的一個重要方向，旨在利用量子資源和效應實現超越經典方法的測量精度。該領域之前的一個重要發現是，利用多光子糾纏態作為探針，可以實現海森堡極限精度的光相位測量。原則上來說，海森堡極限的測量精度可以遠遠高於經典測量方法。由於實驗上很難製備光子數大於10的糾纏態，這種方法可以原理上演示超越標準量子極限的可能性，卻尚不具有實際的測量能力。因而，設計一種可實際應用的並且達到海森堡極限的量子精密測量技術是學術界長期以來努力的方向。

實驗結果。在光子數小於十萬時測量精度反比於光子數，達到海森堡極限。

李傳鋒研究組摒棄常規思路，把製備混態探針和測量虛部弱值技術相結合，實驗上成功地達到了海森堡極限精度，並用來測量單個光子在商用光子晶體光纖中引起的克爾效應。這種方法無需利用糾纏等量子資源，所用探針來源於常規的激光脈衝，從而擺脫了光子數的限制。研究組在實驗上利用了含有約10萬個光子的激光脈衝，比此前經典方法測量的最高精度提高了兩個量級。

來源：科技日報

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