由中国科学技术大学量子信息重点实验室郭光灿院士领导的研究小组日前在量子态测量精度上实现了突破。他们证实了一种基于多光子纠缠及相关干涉效应的新测量方法，其精度能够打破所谓的“标准量子极限”（standard quantum limit），并十分接近于海森堡极限（Heisenberg limit）。相关论文发表在近期的《欧洲物理快讯》（Europhysics Letters）上。
论文第一作者、现美国哥伦比亚大学光纳米结构实验室的Fangwen Sun表示，“高分辨率的量子态测量将有助于实现其他一些相关物理参数的高精度，比如时移和距离等。”他指出，“新的方法可以一般化到高光子数量态（high-photon-number states）中，迫近海森堡极限也没有基础性的障碍。”
测量精度量级对理解量子力学机制十分关键，然而事实却是，测量精度却有受制于量子力学法则的极限。科学家现在认为，量子态的终极测量精度并非标准量子极限，而是海森堡极限。此前已有研究利用一种基于压缩态（squeezed-state）的干涉测量方法，超越了标准量子极限。但关于迫近海森堡极限的种种尝试都因损耗效应（loss effort）而没有获得成功。
Sun表示，“标准量子极限已经可以通过常规光源比如激光实现。N个光子的标准量子极限是根号N分之一，而海森堡极限是N分之一。利用具有特殊纠缠特性的量子光源可以达到海森堡极限，但无法超越。”
在最新研究中，科学家设计出一种损耗效应较少的方法。首先，他们向分光器中“注射”入双光子Fock态，然后这对纠缠光子会穿过一系列光学器件，包括半波片、干涉滤光片以及移相器。最后研究人员利用一种新近开发的量子态投射（quantum state projection）方法来提取纠缠光子中的相态信息。
研究人员最终令双光子态的测量精度达到0.506，四光子态达到0.291。相应的标准量子极限值为0.707和0.5，海森堡极限值为0.289和0.25。对此Sun说，“是所有光子的集体效应改进了测量的精度。因此光子纠缠得越好，这种综合效果也越强，精度就越高。”
研究人员希望随着预期的技术改进，导致更高效的多光子探测器出现，测量可能产出更加精确的结果。（科学网 任霄鹏/编译）
（《欧洲物理快讯》（Europhysics Letters），82 (2008) 24001, doi: 10.1209/0295-5075/82/24001，Sun, F. W.; Liu, B. H.; Gong, Y. X.; Huang, Y. F.; Ou, Z. Y., Guo, G. C.）
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