中國(guó)科大量子精密測(cè)量取得重要進(jìn)展

央廣網(wǎng)合肥10月19日消息（記者劉軍）記者19日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽(yáng)等與美國(guó)普林斯頓大學(xué)Marlan Scully、德國(guó)維爾茲堡大學(xué)Sven Hofling等合作，在同時(shí)具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強(qiáng)度壓縮。這是自從2000年實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)單光子源后，科學(xué)家通過(guò)20年的努力首次在該體系直接觀測(cè)到強(qiáng)度壓縮，為基于單光子源的量子精密測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。論文以“編輯推薦”形式近日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

　　據(jù)介紹，單光子源是光量子信息技術(shù)中的關(guān)鍵器件，不僅可以應(yīng)用于量子通信、量子計(jì)算，同時(shí)也是量子精密測(cè)量的重要資源。量子精密測(cè)量中的一個(gè)重要方向是減少由于探測(cè)有限粒子而引起的統(tǒng)計(jì)漲落——散粒噪聲，而壓縮態(tài)就是壓制散粒噪聲的一種量子資源。

　　量子技術(shù)的發(fā)展使得實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家可以在海森堡不確定原理的限制下，調(diào)節(jié)一對(duì)共軛量（如位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量等）的相對(duì)大小，把所需測(cè)量的物理量不確定性壓低。其中，有一類(lèi)壓縮態(tài)被稱(chēng)為強(qiáng)度壓縮，可以把光子數(shù)抖動(dòng)降低到散粒噪聲以下；另一類(lèi)壓縮態(tài)被稱(chēng)為正交分量壓縮，比如相位分量的噪聲可以降低到小于經(jīng)典相干態(tài)相位噪聲。在實(shí)際應(yīng)用中，從2011年引力波探測(cè)器LIGO開(kāi)始使用注入壓縮真空態(tài)來(lái)提供探測(cè)靈敏度，提高了50%的可探測(cè)事件數(shù)量。

　　1979年，Mandel從理論上預(yù)言，單個(gè)二能級(jí)系統(tǒng)的共振熒光中可觀察到強(qiáng)度壓縮。隨后的理論分析指出，直接探測(cè)多光子源的強(qiáng)度壓縮需要很高的熒光系統(tǒng)效率。但由于共振熒光的產(chǎn)生、提取和收集等過(guò)程中帶來(lái)的光子數(shù)損失，直接觀測(cè)強(qiáng)度壓縮一直以來(lái)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　據(jù)了解，中國(guó)科大研究組長(zhǎng)期致力于發(fā)展高品質(zhì)的單光子源，首創(chuàng)了脈沖共振熒光方法，利用微腔耦合提高單光子提取效率。2019年，通過(guò)雙色激發(fā)和極化腔方案成功解決單光子由于極化損耗而至少損失50%的科學(xué)難題。在此基礎(chǔ)上，研究小組發(fā)展了高品質(zhì)單光子源，通過(guò)對(duì)共振熒光的直接測(cè)量，證明了0.59dB的強(qiáng)度壓縮，在第一物鏡處的壓縮量達(dá)到3.29dB。這是自從2000年實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)單光子源后，科學(xué)家通過(guò)20年的努力首次在該體系直接觀測(cè)到強(qiáng)度壓縮，為基于單光子源的無(wú)條件超越經(jīng)典極限的精密測(cè)量奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，也為在極低光功率下定義發(fā)光強(qiáng)度坎德拉這一基本國(guó)際單位提供了一條新的途徑。