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科學家用廉價白光源實現量子高精密測量

2013-08-08 來源:中國科學報 作者:劉愛華 字號:

中國科學技術大學中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組與量子弱測量理論奠基人之一——以色列教授Vaidman的研究組合作,日前開發出新型量子弱測量技術,首次利用廉價的商用發光二極管白光源實現量子高精密測量,時間測量的精度達到阿秒量級(1阿秒=10-18 秒)(10的負18次方),相應距離的測量精度達到0.1 納米,即可以分辨出一個原子大小的位置移動。同時,探測裝置簡單實用且性能穩定,不受環境消相干的影響。研究成果日前發表于《物理評論快報》。

精密測量是基礎科學的重要領域,與基本物理問題的研究息息相關。干涉儀是標準的精密測量工具,需要好的相干光源,且精度受到量子噪聲限制。為了抑制量子噪聲的影響,人們發展出了量子計量技術。白光源的相干性最差,一般認為是不能用于高精密測量的。然而李傳鋒等人前期的理論文章研究表明,利用量子弱測量技術是可以把白光源用于高精密測量的。

據介紹,弱測量指測量過程中待測系統與探針的耦合較弱,通過巧妙的設計,一方面保留量子相干性,另一方面把冗余的信息扔掉,實現信號放大功能的過程。弱測量過程中有個特征量叫做弱值,是個虛數,有實部和虛部兩部分。

在最新的實驗中,李傳鋒研究組巧妙地利用弱測量中的虛部弱值把對時間的測量轉換為對頻譜的測量,利用光譜儀方便地完成了數據采集。

實驗完成后,Vaidman研究組嚴格地在弱測量理論框架內描述了實驗過程,發現實驗結果和理論吻合得非常好。實驗中所利用的商用發光二極管光源光譜寬度在50 納米左右,光譜儀的分辨率為0.02納米,時間的測量精度達到阿秒量級。

業內專家認為,該方法成本低,應用前景廣闊,將為量子精密測量技術走向實用化打下重要基礎。

(原載于《中國科學報》2013-07-30 第1版 要聞)

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