中科大首次实现海森堡极限精度的量子精密测量

来源：智网新闻
2018-01-12

记者1月10日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在量子精密测量方向取得重要进展。该实验室李传锋、陈耕等人设计并实现了一种全新的量子弱测量方法，实验实现了海森堡极限精度的单光子克尔效应测量，这是国际上首个在实际测量任务中达到海森堡极限精度的工作，可利用的光子数达到10万个。研究成果日前发表在国际权威期刊《自然·通讯》上。

测量由单个光子引起的克尔效应的实验装置图。

量子精密测量是量子信息科学中新发展起来的一个重要方向，旨在利用量子资源和效应实现超越经典方法的测量精度。该领域之前的一个重要发现是，利用多光子纠缠态作为探针，可以实现海森堡极限精度的光相位测量。原则上来说，海森堡极限的测量精度可以远远高于经典测量方法。由于实验上很难制备光子数大于10的纠缠态，这种方法可以原理上演示超越标准量子极限的可能性，却尚不具有实际的测量能力。因而，设计一种可实际应用的并且达到海森堡极限的量子精密测量技术是学术界长期以来努力的方向。

实验结果。在光子数小于十万时测量精度反比于光子数，达到海森堡极限。

李传锋研究组摒弃常规思路，把制备混态探针和测量虚部弱值技术相结合，实验上成功地达到了海森堡极限精度，并用来测量单个光子在商用光子晶体光纤中引起的克尔效应。这种方法无需利用纠缠等量子资源，所用探针来源于常规的激光脉冲，从而摆脱了光子数的限制。研究组在实验上利用了含有约10万个光子的激光脉冲，比此前经典方法测量的最高精度提高了两个量级。