精確測(cè)量達(dá)到極限

格里菲斯大學(xué)的研究人員展示了一個(gè)精確測(cè)量速度、加速度、材料特性甚至重力波的程序，該程序接近量子物理定律允許的最終靈敏度。

發(fā)表在《自然通訊》上的這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)，由杰夫普里德教授領(lǐng)導(dǎo)的格里菲斯團(tuán)隊(duì)使用光子(單個(gè)光粒子)，并使用它們來(lái)測(cè)量光束與其伴隨的參考光束相比所行進(jìn)的額外距離，因?yàn)樗┻^(guò)了被測(cè)量的樣本——一個(gè)薄晶體。

研究人員結(jié)合了三種技術(shù)——糾纏(光子之間可能存在的量子連接)、沿著測(cè)量路徑來(lái)回傳遞的光束，以及一種專門設(shè)計(jì)的檢測(cè)技術(shù)。

“每次光子穿過(guò)樣本，都會(huì)進(jìn)行微觀測(cè)量。總測(cè)量值是所有這些微觀測(cè)量的組合，”格里菲斯的Sergei Slussarenko博士說(shuō)，他負(fù)責(zé)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?！肮庾油ㄟ^(guò)的次數(shù)越多，測(cè)量就越精確。

“我們的方案將作為工具的藍(lán)本，可以精確測(cè)量物理參數(shù)，這是普通測(cè)量設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

這篇論文的主要作者沙基布達(dá)里亞諾什博士說(shuō)，這種方法可以用來(lái)研究和測(cè)量其他量子系統(tǒng)。

“這些可能非常脆弱，我們發(fā)出的每一個(gè)探測(cè)光子都會(huì)干擾它。在這種情況下，使用少量但最有效的光子可能是至關(guān)重要的，我們的計(jì)劃展示了如何做到這一點(diǎn)，”他說(shuō)。

雖然一種策略是使用盡可能多的光子，但這不足以達(dá)到最終的性能。因此，需要提取每個(gè)光子最大數(shù)量的測(cè)量信息，這是格里菲斯實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的。與任何類似的實(shí)驗(yàn)相比，所謂的海森堡精度極限。

由于達(dá)里亞諾什博士和霍華德懷斯曼教授設(shè)計(jì)的方案在理論上可以達(dá)到精確的海森堡極限，剩下的誤差就歸結(jié)于實(shí)驗(yàn)的不完善。

懷斯曼教授說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)的真正優(yōu)勢(shì)在于，即使你沒有開始用好的測(cè)量方法進(jìn)行猜測(cè)，它也能正常工作?！耙郧暗墓ぷ髦饕性诳梢宰龀龇浅：玫某跏冀频那闆r，但這并不總是可行的。”

在實(shí)驗(yàn)室外使用原理演示之前，需要一些額外的步驟。

使用目前的技術(shù)不容易產(chǎn)生糾纏光子，這意味著仍然更容易使用許多光子，而不是以最好的方式使用每組糾纏光子。

然而，根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，這種方法背后的想法可以在量子計(jì)算算法和基礎(chǔ)科學(xué)研究中找到直接應(yīng)用。

最后，該方案可以擴(kuò)展到更大數(shù)量的糾纏光子，其中海森堡極限和通?？蛇_(dá)到的極限之間的差異更加顯著。

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