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量子测量的新突破:超越海森堡极限的实验

科学探索万象经验2023-05-10

量子测量是一门利用量子资源(如纠缠和相干)来提高测量精度的技术。它是近期最有前景的量子技术之一。例如,我们可以用量子测量来探测引力波,或者测量微小的距离变化。

量子测量的精度通常受到海森堡极限的限制。如果我们要测量一个参数,比如相位,需要用到N个独立的过程。海森堡极限告诉我们,测量误差的均方根(RMSE)与N成反比,即RMSE~N^-1 。

然而,海森堡极限是否是量子测量的终极极限呢?有没有可能用更少的资源来达到更高的精度呢?近年来,有一些理论方案提出了超越海森堡极限的可能性,例如利用非线性相互作用或者非马尔可夫过程。但是,这些方案通常不适用于N个独立过程的基本场景。而且,有些方案也受到了质疑和争议。

最近,在Nature Physics上发表了一篇论文,报道了一个实验上超越海森堡极限的量子测量方案。这个方案的关键在于利用了一种新奇的量子资源:不确定因果序。即两组独立过程在时间上发生的先后顺序是不确定的,而是处于两种可能顺序的叠加态。这种不确定因果序可以用一个特殊的光学装置来实现,称为因果不可分光学器件。