量子传感在光位移检测中实现前所未有的精度

由英国朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）主导的一项研究，在纳米尺度光位移的微小偏移检测中实现了前所未有的精度。这一成果对双折射材料的表征和旋转的高精度测量具有重要意义。 pOXEM1"2A
这项量子传感领域的突破性进展发表于《物理评论A》（Physical Review A）期刊，有望彻底改变日常生活、工业和科学的诸多方面。 @2<J_Ja
想象两个光子（无质量的粒子）以独特方式相互关联——即使分离时，它们的传播路径仍彼此相连。当这些光子通过一种将光粒子分为两束路径的装置（称为分束器）时，它们会以特殊模式相互干涉。通过分析这些干涉图案，研究人员开发出一种高精度方法，可检测两者之间最微小的初始空间偏移。 $Z4p$o dk
该团队提出的技术表明，量子干涉能够实现此类位移检测的最高精度，超越传统测量方法。更引人注目的是，该方法无论位移大小如何均可保持准确性，从而在追踪随时间变化的过程中具有高度可靠性。 i`X{pEKP+

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研究负责人兼通讯作者、朴茨茅斯大学量子科学与技术中心主任Vincenzo Tamma教授表示：“量子传感的这一进展标志着高精度测量工具向实用化和普及化迈出重要一步，将对多个领域产生深远影响。”
他进一步指出：“通过理解周围世界的量子本质，我们可以突破经典物理学和经典设备的局限。这项最新研究帮助我们更好地利用支配宇宙的量子定律——尤其是量子干涉和纠缠——以发展量子技术。”
研究还发现，即便是简单且低成本的探测器（称为桶探测器），也能有效估计微小位移。这意味着无需昂贵复杂的设备即可实现高精度量子测量，使先进传感技术更易于在各行业推广。
Tamma教授解释道：“目前，许多量子传感技术因复杂性和成本限制，仅能应用于高端实验室。通过开发以更简单、经济的设备实现终极量子灵敏度的方法，这项研究让我们离量子传感技术的主流应用更近一步。”
该研究被选为期刊“编辑推荐”文章，其成果预示自然界可能的最高精度即将在真实场景中实现。
Tamma补充道：“我们已证明该技术在现实应用中的可行性和高效性。顶尖实验团队正与我们的量子科学与技术中心合作，对开发的量子传感技术进行测试并将其变为现实。我也期待这一最新传感方案在不久的将来通过实验落地。”
量子叠加（粒子同时处于两种状态的叠加态）、粒子间纠缠（通过测量纠缠粒子可瞬间改变另一粒子状态，即使相隔遥远）以及量子干涉（粒子像波一样干涉）等现象，已困扰全球科学家（包括爱因斯坦）长达一个多世纪。
朴茨茅斯大学量子科学与技术中心（QSTH）与全球多家机构（如IBM、空间量子技术公司Xairos等）合作，致力于深化量子科学理解、开发新型量子技术，并促进量子技术在跨学科领域的工业应用。
QSTH整合了该校量子科学与技术核心团队与人工智能（AI）、生物医学工程、医学、计算、环境科学及引力等领域的专家，并与四大洲的外部合作者共同推动量子技术的边界。
相关链接：https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.111.032605
https://dx.doi.org/10.48550/arxiv.2408.12452

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