上海交大团队实现量子计量学重大突破，“量子孪生干涉仪”创立相位测量新范式

近日，上海交通大学物理与天文学院讲席教授、李政道研究所兼职研究员张卫平与助理研究员包谷之等组成的团队在量子干涉技术与量子精密测量领域再次取得重大突破，提出并实现了一种全新的干涉架构—“量子孪生干涉仪”，将该团队自己一直保持的量子关联干涉仪相位测量信噪比的国际记录再次提升三个数量级。相关成果以 “Quantum Twin Interferometer” 为题，近日发表于国际权威期刊 《Science Advances》。 

图1.量子孪生干涉仪实验架构

干涉仪在导航、引力波探测、电磁传感及量子计量学的众多方向都是不可或缺的精密测量工具，但其探测微弱信号的灵敏度最终受限于标准量子极限。该团队首次实现的光量子关联干涉仪及量子增强梯度计已成功突破了这一极限，并长期在国际上保持最好的记录。

目前主流的量子干涉相位测量均采用平衡零拍探测原理，依靠一个强本地振荡场作为参考，通过信号光与其干涉来提取相位信息。然而，长期以来学界并未意识到，由于强本地振荡场的存在，平衡零拍探测中，干涉两臂光强事实上处于极端不平衡状态，这成为制约相位测量灵敏度的探测瓶颈。该团队凭借理论与实验的双重优势，敏锐地辨识到这一原理性局限。

 

图2.平衡零拍和量子孪生干涉仪相位测量结果比对

为突破此局限，该团队构建了互为纠缠的“量子孪生干涉仪”架构，取代现有的平衡零拍探测。基于并行配置的双对孪生纠缠光束，建立了量子关联干涉与纠缠探测协同的相位测量新范式，并成功在实验上打破了该团队自己一直保持的量子关联干涉仪相位测量信噪比的国际记录，信噪比再次提升三个数量级。这一成果标志着量子计量学向前迈进的又一里程碑。

该研究的共同第一作者为上海交通大学李政道研究所博士后杜威和物理与天文学院博士后吴书贺，包谷之和张卫平为共同通讯作者。研究获得了合肥国家实验室、上海市量子科学中心、国家自然科学基金委、量子科技创新2030计划、科技部重点研发计划、教育部、上海市科委、中国博士后基金会等支持。

*注：杜威博士目前任职北京邮电大学特聘研究员

论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea0816