我國科學家首次實現海森堡極限的量子精密測量

新華社合肥１月１２日電（記者徐海濤）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊近期在量子精密測量方向取得重要進展，團隊成員李傳鋒、陳耕等人設計并實現了一種全新的量子弱測量方法，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。國際權威學術期刊《自然·通訊》日前發表了該成果。

量子精密測量是量子信息科學的一個重要方向，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，是以多光子糾纏態為探針，實現海森堡極限精度的光相位測量。但由于實驗上很難制備出光子數大于１０的糾纏態，這種方法原理上可以演示超越標準量子極限的可能性，但不具有實際測量能力。

近期，李傳鋒研究組創新思路，重新設計了標準測量方案，他們把制備混態探針和測量虛部弱值技術相結合，實驗上成功達到了海森堡極限精度，并可以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，所用探針來源于常規的激光脈沖，從而擺脫了光子數的限制。在實驗中，研究組利用含有約１０萬個光子的激光脈沖，測量商用光子晶體光纖的單光子克爾系數精度達到了１０－１０弧度，比此前經典方法測量的最高精度提高了兩個量級。

據介紹，該研究成果展現了量子精密測量的技術優勢，實驗中光子的利用率約為１６％。下一步，研究組將在如何提高光子利用率方面深入探索。