量子精密測量是量子信息科學中新發(fā)展起來的一個重要方向，旨在利用量子資源和效應實現超越經典方法的測量精度。該領域之前一個重要發(fā)現是，利用多光子糾纏態(tài)作為探針，可以實現海森堡極限精度的光相位測量。然而由于實驗上很難制備光子數大于10的糾纏態(tài)，這種方法可以原理上演示超越標準量子極限的可能性，卻尚不具有實際的測量能力。

近日，中國科學技術大學(簡稱中國科大)科研人員在量子精密測量方向取得重要進展，實驗上實現海森堡極限的量子精密測量，中國科大郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒、陳耕等人設計并實現了一種全新的量子弱測量方法，實驗上實現了海森堡極限精度的單光子克爾效應測量，可利用的光子數達到十萬個。這也是國際上首個在實際測量任務中達到海森堡極限精度的工作。據悉，該研究成果發(fā)表在最新一期國際權威期刊《自然通訊》上。

圖1.測量由單個光子引起的克爾效應的試驗裝置圖

圖2.實驗結果：在光子數小于十萬時測量精度反比于光子數，達到海森堡極限

量子弱測量已被廣泛應用于各類高精密測量中。設計一種可實際應用的并且達到海森堡極限的量子精密測量技術是學術界長期以來努力的方向。

李傳鋒研究組摒棄常規(guī)思路，對標準弱測量方案進行重新設計。把制備混態(tài)探針和測量虛部弱值技術相結合，實驗上成功地達到了海森堡極限精度。研究組在實驗上利用了含有約十萬個光子的激光脈沖，測量商用光子晶體光纖的單光子克爾系數精度達到了10-10弧度，比此前經典方法測量的最高精度提高了兩個量級。

本研究成果展現了量子精密測量的技術優(yōu)勢，突破了必須要利用量子糾纏等量子資源才能實現海森堡極限的精密測量的傳統觀念，為量子精密測量及量子弱測量發(fā)展提供了新的思路。