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量子信息实验室利用白光源实现时间延迟的高精密测量
( 2013-07-23 )

  由我中心郭光灿院士领导的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的Vaidman教授研究组合作,开发出新型的弱测量技术,首次利用廉价的商用发光二极管白光源实现时间延迟的高精密测量,精度达到阿秒量级。探测装置简单实用且性能稳定,不受消相干的影响,研究成果发表在7月19日的《物理评论快报》上,本成果将为量子技术走向实用化打下坚实基础。

  时间延迟的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,同时也促进了其它技术性领域的发展。干涉仪是标准的精密延时测量工具,它需要相干光源,并且精度受到量子噪声限制。为了抑制量子噪声的影响,人们发展了量子计量技术,包括量子纠缠与压缩技术等。白光源的相干性差,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,利用弱测量技术是可以把白光源用于高精密测量的。

  现在李传锋研究组在实验上实现了这一思想。他们利用弱测量中的虚部弱值巧妙地把对时间延迟的测量转换为频谱测量,利用光谱仪就能方便地完成数据采集。实验中,虚部弱值通过测量过程中弱耦合演化本身引入,有效地避免了在超宽光谱中制备圆偏振态的难点。他们进一步实验证实在色散消相干环境中该装置依然正常运行,不受影响。实验完成后,Vaidman教授组严格地在弱测量理论框架内描述了实验过程,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50nm左右,光谱仪的分辨率为0.02nm,时间延迟的测量精度达到阿秒量级。通过提高光源的光谱宽度和光谱仪的分辨率还可进一步提高测量精度。

  本实验发展出的虚部弱值测量技术既不同于传统的干涉测量法,更不同于利用量子光源的相位测量法,它利用了实参数空间的微小扰动会引起共轭空间巨大变化这一基本物理规律,通过虚部弱值的放大效应在共轭空间来测量实参数空间的微小物理效应。该方法成本低,应用前景广阔,将为量子技术走向实用化打下重要基础。

  该项研究由科技部、基金委和中科院资助。

          (量子信息与量子科技前沿协同创新中心)

论文链接:http://prl.aps.org/toc/PRL/v111/i3


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