《具有噪聲容忍度的量子測量方案研究》是依託南京大學，由張利劍擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：具有噪聲容忍度的量子測量方案研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張利劍
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子精密測量（quantum metrology）通過使用量子資源特別是非經典探測態，可以突破傳統精密測量方案的經典極限，逼近甚至達到測量精度的最終極限——海森堡極限，因此在近年來受到廣泛關注。然而與其他量子技術類似，量子精密測量對系統噪聲極為敏感。如何在噪聲存在的情況下實現超越經典極限的測量精度，是量子精密測量技術獲得實際套用所必須解決的問題。本項目在申請人前期工作的基礎上，力圖通過對探測態結構和測量方案兩方面的研究，對該問題提出我們的解決方案。我們將利用量子光學領域關於非經典態的研究經驗，製備具有噪聲容忍度的探測態，並實驗驗證其對測量精度的提升。同時我們還將系統研究一種基於經典資源相互作用達到海森堡極限的測量方案，揭示其物理原理和適用範圍，探討該方案對噪聲容忍度的改善。我們將探索這兩種機制之間的內在關聯，獲取關於量子精密測量的新認識和新機理，從而進一步推動該技術向實用化邁進。
結題摘要
精密測量物理是現代科學發展的基礎，同時有著廣泛的工程套用。隨著測量技術的不斷發展，現有的測量精度已經逐漸逼近傳統測量技術的極限。通過在精密測量方案中引入全新的量子資源，可以進一步提升測量精度。因而量子精密測量技術在過去幾年受到廣泛關注，一些初步的方案已經獲得套用。然而與其他量子技術類似，量子精密測量對系統噪聲極為敏感。如何在噪聲存在的情況下實現超越經典極限的測量精度，是量子精密測量技術獲得實際套用所必須要面對的挑戰。針對這個挑戰，本項目集中研究如何改善量子精密測量方案的噪聲容忍度。項目共設定三個研究目標1、理論分析和實驗製備具有最佳噪聲容忍度的非高斯探測態,並演示其測量精度；2、闡明基於相互作用的弱測量方案提高測量精度的物理機制；3、定量分析噪聲對於上述方案的影響，並進行實驗驗證。研究目標2和3已順利完成，並取得部分超出預期的結果；研究目標1中的實驗部分由於對探測器的效率要求極高，購置的超導納米線探測器剛於2018年12月安裝完畢，將在剩餘經費資助下完成。 項目取得的成果主要體現在三個方面：1、基於量子干涉儀的精密測量方案，包括光子增加雙模壓縮態和非對稱雙模光子數態在量子干涉儀方面的套用；2、基於弱測量在量子精密測量方案，包括基於單光子與強相干光耦合的弱測量以及存在探測器飽和和噪聲情況下弱測量對測量精度的提升；3、量子精密測量中的數據分析和控制方法。項目在提出量子精密測量新方案的通知，也針對其在工程套用中的細節問題進行了研究，對於量子精密測量的實際套用具有重要的意義。
