記者近日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽等與國(guó)外學(xué)者合作，在同時(shí)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(qiáng)度壓縮，為基于單光子源的量子精密測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》上。美國(guó)物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站以“面向完美的單光子源”為題專門對(duì)該工作進(jìn)行了亮點(diǎn)報(bào)道。

單光子源是光量子信息技術(shù)中的關(guān)鍵器件，也是量子精密測(cè)量的重要資源。量子精密測(cè)量中的一個(gè)重要方向是減少由于探測(cè)有限粒子而引起的統(tǒng)計(jì)漲落——散粒噪聲。壓縮態(tài)是壓制散粒噪聲的另一量子資源。量子技術(shù)的發(fā)展使得實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家可以在海森堡不確定原理的限制下，調(diào)節(jié)一對(duì)共軛量(如位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量等)的相對(duì)大小，把所需測(cè)量的物理量不確定性壓低。其中，有一類壓縮態(tài)被稱為強(qiáng)度壓縮，可以把光子數(shù)抖動(dòng)降低到散粒噪聲以下。

1979年，由國(guó)外學(xué)者從理論上預(yù)言，單個(gè)二能級(jí)系統(tǒng)的共振熒光中可觀察到強(qiáng)度壓縮。隨后的理論分析指出，直接探測(cè)多光子源的強(qiáng)度壓縮需要很高的熒光系統(tǒng)效率。但由于共振熒光的產(chǎn)生、提取和收集等過程中帶來的光子數(shù)損失，直接觀測(cè)強(qiáng)度壓縮一直以來是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

科研人員在前期工作的基礎(chǔ)上，研究小組發(fā)展了高品質(zhì)單光子源，通過對(duì)共振熒光的直接測(cè)量，證明了0.59dB的強(qiáng)度壓縮，在第一物鏡處的壓縮量達(dá)到3.29dB。這是自2000年實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)單光子源后，科學(xué)家通過20年的努力首次在該體系直接觀測(cè)到強(qiáng)度壓縮，為基于單光子源的無條件超越經(jīng)典極限的精密測(cè)量奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，也為在極低光功率下定義發(fā)光強(qiáng)度坎德拉這一基本國(guó)際單位提供了一條新的途徑。(記者吳長(zhǎng)鋒)

關(guān)鍵詞： 單光子源 量子精密