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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:398 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,??茖W(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。