上海交通大學物理與天文學院講席教授、李政道研究所兼職研究員張衛(wèi)平與助理研究員包谷之等組成的團隊在量子干涉技術與量子精密測量領域再次取得重大突破，提出并實現(xiàn)了一種全新的干涉架構(gòu)—“量子孿生干涉儀”，將該團隊自己一直保持的量子關聯(lián)干涉儀相位測量信噪比的國際記錄再次提升三個數(shù)量級。相關成果以 “Quantum Twin Interferometer” 為題，近日發(fā)表于國際權威期刊 《Science Advances》。

▲圖1 量子孿生干涉儀實驗架構(gòu)

干涉儀在導航、引力波探測、電磁傳感及量子計量學的眾多方向都是不可或缺的精密測量工具，但其探測微弱信號的靈敏度最終受限于標準量子極限。該團隊首次實現(xiàn)的光量子關聯(lián)干涉儀及量子增強梯度計已成功突破了這一極限，并長期在國際上保持最好的記錄。

目前主流的量子干涉相位測量均采用平衡零拍探測原理，依靠一個強本地振蕩場作為參考，通過信號光與其干涉來提取相位信息。然而，長期以來學界并未意識到，由于強本地振蕩場的存在，平衡零拍探測中，干涉兩臂光強事實上處于極端不平衡狀態(tài)，這成為制約相位測量靈敏度的探測瓶頸。該團隊憑借理論與實驗的雙重優(yōu)勢，敏銳地辨識到這一原理性局限。

▲圖2 平衡零拍和量子孿生干涉儀相位測量結(jié)果比對

為突破此局限，該團隊構(gòu)建了互為糾纏的“量子孿生干涉儀”架構(gòu)，取代現(xiàn)有的平衡零拍探測。基于并行配置的雙對孿生糾纏光束，建立了量子關聯(lián)干涉與糾纏探測協(xié)同的相位測量新范式，并成功在實驗上打破了該團隊自己一直保持的量子關聯(lián)干涉儀相位測量信噪比的國際記錄，信噪比再次提升三個數(shù)量級。這一成果標志著量子計量學向前邁進的又一里程碑。

該研究的共同第一作者為上海交通大學李政道研究所博士后杜威和物理與天文學院博士后吳書賀，包谷之和張衛(wèi)平為共同通訊作者。研究獲得了合肥國家實驗室、上海市量子科學中心、國家自然科學基金委、量子科技創(chuàng)新2030計劃、科技部重點研發(fā)計劃、教育部、上海市科委、中國博士后基金會等支持。

*注：杜威博士目前任職北京郵電大學特聘研究員

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