上海交大團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)量子精密測(cè)量領(lǐng)域突破：保護(hù)量子噪聲壓縮特性

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院及李政道研究所張衛(wèi)平教授團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)陳麗清、袁春華教授合作在量子精密測(cè)量研究方面取得重要進(jìn)展。他們成功實(shí)現(xiàn)了高損耗下的量子干涉儀噪聲壓縮保護(hù)，打破了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)量子極限的相位測(cè)量靈敏度。相關(guān)研究成果以“Protection of Noise Squeezing in a Quantum Interferometer with Optimal Resource Allocation”為題發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

光學(xué)干涉儀作為高精度相位測(cè)量的重要工具，在科學(xué)探索、工業(yè)與國(guó)防領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。激光的發(fā)明和光的相干性為光學(xué)干涉儀帶來(lái)了革命性的發(fā)展。然而，激光的泊松分布光子漲落使得激光干涉儀的相位靈敏度受限于標(biāo)準(zhǔn)量子極限（SQL）。突破激光干涉儀的SQL一直是量子光學(xué)與量子計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。

利用量子光學(xué)技術(shù)可以改變光場(chǎng)的泊松分布，產(chǎn)生光的壓縮態(tài)。將光的壓縮態(tài)注入激光干涉儀中，可以突破相位測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)量子極限。然而，光的壓縮態(tài)非常脆弱，容易受到外界環(huán)境損耗的影響而退相干，無(wú)法有效展現(xiàn)其量子優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，激光干涉儀受到環(huán)境和元器件的損耗影響，導(dǎo)致量子壓縮技術(shù)無(wú)法發(fā)揮有效的量子增強(qiáng)作用。如何保護(hù)光的壓縮特性一直是量子光學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期關(guān)注的重要問(wèn)題。

該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問(wèn)題，利用原子偏振自旋轉(zhuǎn)原理產(chǎn)生的光壓縮態(tài)注入激光線性干涉儀中，通過(guò)調(diào)節(jié)激光與壓縮光的混合配比，在損耗大的干涉臂中注入更多激光，實(shí)現(xiàn)相位敏感測(cè)量。同時(shí)，在損耗小的干涉臂中保留更多的壓縮光，保護(hù)量子噪聲壓縮特性，從而實(shí)現(xiàn)了一種高靈敏度、低噪聲、損耗兼容的量子干涉新技術(shù)。