中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在量子精密測量方向取得新進展，該實驗室李傳鋒、唐建順等人將弱測量技術與能量循環(huán)技術相結合，實驗上首次實現(xiàn)了超越經典測量精度極限的能量循環(huán)型弱測量，展示了量子弱測量技術在高精密測量領域的顯著優(yōu)勢。該研究成果11月29日發(fā)表在《物理評論快報》上。文章第一作者為實驗室博士研究生王軼韜。

　　量子弱測量的概念最早由著名物理學家Aharonov、Albert和Vaidman于1988年提出，已被廣泛應用于各類高精密測量中。現(xiàn)在利用量子弱測量技術已經可以把微弱信號放大上萬倍，然而關于量子弱測量的精度問題卻一直充滿爭議。以光學實驗為例，一方面通過設置光子合適的前選擇態(tài)和后選擇態(tài)，量子弱測量可以實現(xiàn)對微弱信號的放大，提高測量響應度；另一方面弱測量中的后選擇過程會導致僅有少量光子被利用，其余光子全被丟棄掉。而隨著有用的光子數(shù)減少，量子漲落所引起的散粒噪聲(shotnoise)會導致測量精度（信號和噪聲的比值）下降。量子弱測量的精度能否超越經典測量精度極限已成為近年來研究熱點。

　　李傳鋒研究組在實驗上利用光腔技術使弱測量中被丟棄的光子重新返回測量裝置，實現(xiàn)測量光子的循環(huán)利用，從而巧妙地將能量循環(huán)技術與弱測量技術結合在一起。他們在保持探測裝置不變的條件下，實驗上分別采用經典測量方案、標準量子弱測量方案以及能量循環(huán)型量子弱測量方案對同一光束的微小偏折角度進行精密測量。實驗結果表明，標準弱測量的精度確實無法突破經典測量精度極限，而能量循環(huán)型量子弱測量在使測量信號強度提高到標準弱測量信號強度的2.4倍的同時，其測量精度卻能達到經典測量精度極限的1.5倍。

　　該研究成果表明，在測量探針（即本實驗中的光子）得到循環(huán)利用的情況下，量子弱測量相比經典測量方案可以達到更高的測量精度。該工作為量子計算學及精密測量技術的發(fā)展提供了新的方向。

　　該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。

圖1 經典測量、標準弱測量和能量循環(huán)型弱測量三種測量方案的原理示意圖

　　圖2 三種方案的測量精度結果比較