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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)隊與華東師范大學(xué)陳麗清、袁春華教授合作在量子精密測量研究方面取得重要進(jìn)展，實現(xiàn)了高損耗下的量子干涉儀噪聲壓縮保護(hù)。

該團(tuán)隊在干涉儀路徑損耗高達(dá)96%的情況下，依然展示了量子優(yōu)勢，實現(xiàn)了相位測量靈敏度突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限。該方法的重要創(chuàng)新在于通過相干激光與量子壓縮資源的優(yōu)化分配，使得干涉儀抗損耗能力與光量子噪聲壓縮的量子優(yōu)勢同時得以保持，為發(fā)展損耗兼容、噪聲抑制的可實用量子光學(xué)干涉技術(shù)提供了新方法。

相關(guān)研究成果近日以“Protection of Noise Squeezing in a Quantum Interferometer with Optimal Resource Allocation”為題發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

光學(xué)干涉儀作為高精度相位測量的重要工具，已廣泛應(yīng)用于科學(xué)探索、工業(yè)與國防領(lǐng)域。激光的發(fā)明，光的相干性導(dǎo)致了光學(xué)干涉儀的革命性發(fā)展。然而，激光起源于真空放大，光子統(tǒng)計展現(xiàn)泊松分布，其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成為了量子光學(xué)與量子計量學(xué)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題。

利用量子光學(xué)技術(shù)能夠改變光場的泊松分布，產(chǎn)生光的壓縮態(tài)。將光的壓縮態(tài)注入激光干涉儀中，可實現(xiàn)對相位測量的標(biāo)準(zhǔn)量子極限突破。然而，光的壓縮態(tài)非常脆弱，極易受到外界環(huán)境損耗的退相干性破壞，從而不能有效地展現(xiàn)其量子優(yōu)勢。在實際應(yīng)用中，激光干涉儀不可避免受環(huán)境及元器件的損耗影響，導(dǎo)致這種量子壓縮技術(shù)無法有效發(fā)揮量子增強作用。在干涉儀中怎樣保護(hù)光的壓縮特性，是量子光學(xué)領(lǐng)域長期關(guān)注的重要問題。

針對這一問題，該項研究利用原子偏振自旋轉(zhuǎn)原理產(chǎn)生的光壓縮態(tài)注入到激光線性干涉儀中，通過調(diào)節(jié)激光與壓縮光的混合配比，將更多的激光注入損耗大的干涉臂，實現(xiàn)相位敏感測量。同時，在損耗小的干涉臂保留更多的壓縮光，保護(hù)量子噪聲壓縮特性不被損耗破壞，從而實現(xiàn)一種高靈敏、低噪聲、損耗兼容為一體的量子干涉新技術(shù)。

資源優(yōu)化的量子干涉儀實現(xiàn)量子噪聲壓縮保護(hù)原理

該項工作獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委與發(fā)改委的資助。