中科大再创海森堡极限量子精密测量的最高测量精度

中国科技大学郭光灿院士团队再创量子精密测量领域最高测量精度，该团队李传锋、陈耕等人与南京大学合作者优化量子弱测量的测量方法，把单光子克尔效应测量精度再次提升接近一个量级，实验结果首次逼近了最优海森堡极限。该研究成果8月8日发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

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利用有限的资源实现更高的测量精度是科学发展的重要需求，量子精密测量是近年来在此需求驱动下兴起的量子信息领域的新方向。量子精密测量的重要目标是使测量精度反比于单次测量所使用的光子或原子等的数目n，即达到海森堡极限精度。而经典测量方法的精度只能达到反比于根号下n，即所谓的标准量子极限。显然，当n较大时量子精密测量的精度将远优于经典测量方法的精度。已有量子精密测量方法普遍需要利用纠缠态或压缩态等量子资源，受限于现有技术，而且这些方法尚不具备实用性。李传锋研究组在此前工作中独辟蹊径，将混态探针和虚部弱测量技术相结合，实现了海森堡极限精度的单光子克尔效应测量，当时探针光子的利用率为16%[Nature Communications 9, 93 (2018)]。在本工作中，研究组进一步优化测量方法，对单光子进行投影测量以提取更多的信息，从而把探针光子的利用率提升到83%（即测量精度约为1.2/n），首次逼近了最优海森堡极限（1/n）。实验上测得的单光子克尔效应强度约为6E-8弧度，测量精度与该研究组上一个实验相比提升近一个量级，达到了9.5E-11弧度。测量装置也变得更加简单，用普通的激光脉冲即可完成实验。