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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究成果刊登于世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在職研究生頻道訊 由科技部、基金委和中科院資助,我校郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒研究組與量子弱測(cè)量理論奠基人之一以色列的Vaidman教授研究組合作,開發(fā)出新型的弱測(cè)量技術(shù),首次利用廉價(jià)的商用發(fā)光二極管白光源實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的高精密測(cè)量,精度達(dá)到阿秒量級(jí)。探測(cè)裝置簡(jiǎn)單實(shí)用且性能穩(wěn)定,不受消相干的影響,研究成果發(fā)表在7月19日的《物理評(píng)論快報(bào)》上,本成果將為量子技術(shù)走向?qū)嵱没蛳聢?jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  時(shí)間延遲的精密測(cè)量是基礎(chǔ)科學(xué)的重要領(lǐng)域,與基本物理問題的研究息息相關(guān),同時(shí)也促進(jìn)了其它技術(shù)性領(lǐng)域的發(fā)展。干涉儀是標(biāo)準(zhǔn)的精密延時(shí)測(cè)量工具,它需要相干光源,并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(fā)展了量子計(jì)量技術(shù),包括量子糾纏與壓縮技術(shù)等。白光源的相干性差,一般認(rèn)為是不能用于高精密測(cè)量的。然而李傳鋒等人前期的理論文章研究表明,利用弱測(cè)量技術(shù)是可以把白光源用于高精密測(cè)量的。

  現(xiàn)在李傳鋒研究組在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了這一思想。他們利用弱測(cè)量中的虛部弱值巧妙地把對(duì)時(shí)間延遲的測(cè)量轉(zhuǎn)換為頻譜測(cè)量,利用光譜儀就能方便地完成數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)中,虛部弱值通過測(cè)量過程中弱耦合演化本身引入,有效地避免了在超寬光譜中制備圓偏振態(tài)的難點(diǎn)。他們進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)在色散消相干環(huán)境中該裝置依然正常運(yùn)行,不受影響。實(shí)驗(yàn)完成后,Vaidman教授組嚴(yán)格地在弱測(cè)量理論框架內(nèi)描述了實(shí)驗(yàn)過程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論吻合得非常好。實(shí)驗(yàn)中所利用的商用發(fā)光二極管光源光譜寬度在50nm左右,光譜儀的分辨率為0.02nm,時(shí)間延遲的測(cè)量精度達(dá)到阿秒量級(jí)。通過提高光源的光譜寬度和光譜儀的分辨率還可進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

  本實(shí)驗(yàn)發(fā)展出的虛部弱值測(cè)量技術(shù)既不同于傳統(tǒng)的干涉測(cè)量法,更不同于利用量子光源的相位測(cè)量法,它利用了實(shí)參數(shù)空間的微小擾動(dòng)會(huì)引起共軛空間巨大變化這一基本物理規(guī)律,通過虛部弱值的放大效應(yīng)在共軛空間來測(cè)量實(shí)參數(shù)空間的微小物理效應(yīng)。該方法成本低,應(yīng)用前景廣闊,將為量子技術(shù)走向?qū)嵱没蛳轮匾A(chǔ)。

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