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“完美的單光子源”為量子精密測量奠定基礎

發布時間:2020-10-19  來源:科技日報

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  科技日報訊 (記者吳長鋒)記者近日從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉、陸朝陽等與國外學者合作,在同時具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強度壓縮,為基于單光子源的量子精密測量奠定了基礎。研究成果發表于《物理評論快報》上。美國物理學會網站以“面向完美的單光子源”為題專門對該工作進行了亮點報道。

  單光子源是光量子信息技術中的關鍵器件,也是量子精密測量的重要資源。量子精密測量中的一個重要方向是減少由于探測有限粒子而引起的統計漲落——散粒噪聲。壓縮態是壓制散粒噪聲的另一量子資源。量子技術的發展使得實驗物理學家可以在海森堡不確定原理的限制下,調節一對共軛量(如位置和動量、時間和能量等)的相對大小,把所需測量的物理量不確定性壓低。其中,有一類壓縮態被稱為強度壓縮,可以把光子數抖動降低到散粒噪聲以下。

  1979年,由國外學者從理論上預言,單個二能級系統的共振熒光中可觀察到強度壓縮。隨后的理論分析指出,直接探測多光子源的強度壓縮需要很高的熒光系統效率。但由于共振熒光的產生、提取和收集等過程中帶來的光子數損失,直接觀測強度壓縮一直以來是個巨大的挑戰。

  科研人員在前期工作的基礎上,研究小組發展了高品質單光子源,通過對共振熒光的直接測量,證明了0.59dB的強度壓縮,在第一物鏡處的壓縮量達到3.29dB。這是自2000年實現量子點單光子源后,科學家通過20年的努力首次在該體系直接觀測到強度壓縮,為基于單光子源的無條件超越經典極限的精密測量奠定了科學基礎,也為在極低光功率下定義發光強度坎德拉這一基本國際單位提供了一條新的途徑。

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