科学家用廉价白光源实现量子高精密测量

中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室李传锋研究组与量子弱测量理论奠基人之一——以色列教授Vaidman的研究组合作，日前开发出新型量子弱测量技术，首次利用廉价的商用发光二极管白光源实现量子高精密测量，时间测量的精度达到阿秒量级（1阿秒=10-18 秒）(10的负18次方)，相应距离的测量精度达到0.1 纳米，即可以分辨出一个原子大小的位置移动。同时，探测装置简单实用且性能稳定，不受环境消相干的影响。研究成果日前发表于《物理评论快报》。

精密测量是基础科学的重要领域，与基本物理问题的研究息息相关。干涉仪是标准的精密测量工具，需要好的相干光源，且精度受到量子噪声限制。为了抑制量子噪声的影响，人们发展出了量子计量技术。白光源的相干性最差，一般认为是不能用于高精密测量的。然而李传锋等人前期的理论文章研究表明，利用量子弱测量技术是可以把白光源用于高精密测量的。

据介绍，弱测量指测量过程中待测系统与探针的耦合较弱，通过巧妙的设计，一方面保留量子相干性，另一方面把冗余的信息扔掉，实现信号放大功能的过程。弱测量过程中有个特征量叫做弱值，是个虚数，有实部和虚部两部分。

在最新的实验中，李传锋研究组巧妙地利用弱测量中的虚部弱值把对时间的测量转换为对频谱的测量，利用光谱仪方便地完成了数据采集。

实验完成后，Vaidman研究组严格地在弱测量理论框架内描述了实验过程，发现实验结果和理论吻合得非常好。实验中所利用的商用发光二极管光源光谱宽度在50 纳米左右，光谱仪的分辨率为0.02纳米，时间的测量精度达到阿秒量级。

业内专家认为，该方法成本低，应用前景广阔，将为量子精密测量技术走向实用化打下重要基础。

（原载于《中国科学报》2013-07-30 第1版 要闻）