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我国科学家在国际上首次实现海森堡极限的量子精密测量

  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。在这种情况下测量精度可以反比于探针所含的光子数N,而经典的测量方法精度只能反比于根号下N,也就是通常说的标准量子极限。由于实验上很难制备光子数大于10的纠缠态,这种方法尚不具有实际的测量能力。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。
   在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项的支持下,中国科学技术大学李传锋课题组创新性地对标准弱测量方案进行重新设计,把制备混态探针和测量虚部弱值技术相结合,实验上成功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。这种方法所用探针来源于常规的激光脉冲,从而摆脱了光子数N的限制。研究组在实验上利用了含有约十万个光子的激光脉冲,测量商用光子晶体光纤的单光子克尔系数精度达到了1010弧度,比此前经典方法测量的最高精度提高了两个量级。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。


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