受量子计量学启发,物理学家创建了线性光学传感器

莫斯科物理与技术研究所的研究人员与美国阿贡国家实验室的同事一起,实现了一种先进的量子算法,用简单的光学工具测量物理量。

  6月8日消息,莫斯科物理与技术研究所的研究人员与美国阿贡国家实验室的同事一起,实现了一种先进的量子算法,用简单的光学工具测量物理量。他们的研究发表在《科学报告》上,这项研究使研究人员未来能够使用价格合理、性能优良的基于线性光学的传感器,从天文学到生物学,这类工具在不同的研究领域受到追捧。

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仅使用光学相干性来测量物体位置的设备。

  最大限度地提高测量工具的灵敏度对于任何科学技术领域都是至关重要的,举几个例子,天文学家试图探测遥远的宇宙现象,生物学家需要辨别极其微小的有机结构,工程师必须测量物体的位置和速度。

  但直到最近,还没有一种测量工具能够确保精度高于所谓的散粒噪声极限,这与经典观测中固有的统计特征有关。量子技术提供了一种解决方法,从量子力学的基本原理出发,能将精度提高到基本的海森堡极限。LIGO实验于2016年首次探测到引力波,该实验表明,将复杂的光学干涉方案和量子技术相结合,有可能实现海森堡有限灵敏度。

  量子计量学是物理学的一个前沿领域,它涉及用于进行高精度量子测量的技术和算法工具,在最近的研究中,来自MIPT和ANL的团队将量子计量学与线性光学相融合。

  MIPT的研究合著者Nikita Kirsanov说:“我们设计并构建了一种光学方案,该方案运行基于傅里叶变换的相位估计程序,这个过程是许多量子算法的核心,包括高精度测量协议。大量的线性光学元件、分束器、移相器和反射镜的特殊排列,使我们能够获得关于物理物体的几何角度、位置、速度和其他参数的信息。测量包括对光学相位中感兴趣的量进行编码,然后直接确定。

  量子信息技术物理MIPT实验室负责人、首席研究员Gordey Lesovik评论说:“这项研究是我们在通用量子测量算法方面工作的后续。在之前与芬兰阿尔托大学的一个研究小组的合作中,我们在transmon量子位上实验性地实现了类似的测量算法。”

  实验表明,尽管该方案中有大量的光学元件,但它仍然是可调谐和可控的。根据本文提供的理论估计,线性光学工具甚至可以实现相当复杂的操作。

  Argonne杰出研究员Valerii Vinokur说:“研究表明,线性光学为实现中等规模的量子测量和计算提供了一个经济有效的平台。”

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