我国科学家首次实现海森堡极限的量子精密测量

新华社合肥１月１２日电（记者徐海涛）记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队近期在量子精密测量方向取得重要进展，团队成员李传锋、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。国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了该成果。

量子精密测量是量子信息科学的一个重要方向，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，是以多光子纠缠态为探针，实现海森堡极限精度的光相位测量。但由于实验上很难制备出光子数大于１０的纠缠态，这种方法原理上可以演示超越标准量子极限的可能性，但不具有实际测量能力。

近期，李传锋研究组创新思路，重新设计了标准测量方案，他们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，并可以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。在实验中，研究组利用含有约１０万个光子的激光脉冲，测量商用光子晶体光纤的单光子克尔系数精度达到了１０－１０弧度，比此前经典方法测量的最高精度提高了两个量级。

据介绍，该研究成果展现了量子精密测量的技术优势，实验中光子的利用率约为１６％。下一步，研究组将在如何提高光子利用率方面深入探索。