中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)量子精密測(cè)量超越海森堡極限

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子領(lǐng)域取得了重要突破，成功實(shí)現(xiàn)了量子精密測(cè)量超越海森堡極限的成果。該團(tuán)隊(duì)的科研人員李傳鋒、陳耕等與同行合作，利用量子不確定因果序的原理，突破了傳統(tǒng)測(cè)量的極限，實(shí)現(xiàn)了更高精度的量子測(cè)量。

量子不確定因果序是近年來學(xué)術(shù)界提出的一種新型量子結(jié)構(gòu)。量子力學(xué)的疊加原理不僅允許不同量子態(tài)之間的疊加，還允許兩個(gè)事件處于兩個(gè)相反時(shí)序的量子疊加狀態(tài)。這種新型量子資源在特定的量子計(jì)算和通信任務(wù)中具備優(yōu)勢(shì)，但之前的研究大多局限于離散變量體系，并未直接應(yīng)用于量子精密測(cè)量。

為了克服這一挑戰(zhàn)，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種全新的雜化量子裝置，利用一個(gè)離散量子比特來控制光子兩組連續(xù)變量的時(shí)序演化，成功實(shí)現(xiàn)了量子不確定因果序。通過這種實(shí)驗(yàn)設(shè)置，他們能夠以超過海森堡極限的精度對(duì)演化產(chǎn)生的幾何相位進(jìn)行測(cè)量，其中測(cè)量的不確定度與獨(dú)立演化過程的次數(shù)呈反比關(guān)系（δＡ∝1 / N2）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種新方法在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)確定因果序方法理論上最高的測(cè)量精度，即接近海森堡極限的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度接近了理論上的超海森堡極限。該實(shí)驗(yàn)采用了單個(gè)光子作為探針，并且不存在光子間的相互作用，每次測(cè)量所需能量不超過單個(gè)光子的能量。因此，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果首次在規(guī)范化資源定義下超越了海森堡極限，并可直接轉(zhuǎn)化為實(shí)際測(cè)量任務(wù)中的實(shí)際優(yōu)勢(shì)。

這一實(shí)驗(yàn)成果對(duì)不確定因果序和量子精密測(cè)量的理解都具有重要影響。通過突破傳統(tǒng)測(cè)量的限制，量子精密測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域都將迎來新的可能性和應(yīng)用前景。首先，在科學(xué)研究中，超越海森堡極限的量子精密測(cè)量將幫助科學(xué)家們更準(zhǔn)確地觀測(cè)和測(cè)量微觀粒子的性質(zhì)和行為，為量子力學(xué)的研究提供更深入的認(rèn)識(shí)。其次，在工程技術(shù)領(lǐng)域，超精密的量子測(cè)量將有助于提高傳感器、儀器和設(shè)備的測(cè)量精度，推動(dòng)各種領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展，如導(dǎo)航系統(tǒng)、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)學(xué)等。此外，量子精密測(cè)量還將為量子通信、量子計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展提供關(guān)鍵支持。

然而，盡管量子精密測(cè)量取得了重要突破，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，實(shí)現(xiàn)更高精度的量子測(cè)量需要更穩(wěn)定和精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以及更高水平的技術(shù)和方法的應(yīng)用。其次，量子精密測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究和探索，以解決實(shí)際場(chǎng)景中的問題和限制。此外，安全性和可靠性也是量子測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的重要因素。

隨著量子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我們可以期待量子精密測(cè)量在更多領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。隨著量子計(jì)算、量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，量子精密測(cè)量將成為推動(dòng)量子科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵要素之一。我們對(duì)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在量子精密測(cè)量領(lǐng)域的突破感到驕傲，并期待著更多的創(chuàng)新和突破，為量子科學(xué)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。