山西大学在量子干涉仪领域取得新进展

近期，由山西大学彭堃墀院士领导的非经典光场产生与应用实验室的贾晓军和闫智辉两位教授课题组在压缩态增强的干涉仪中实现了多相位的量子传感。该研究以“Quantum-Enhanced Interferometer for Multiphase Sensing”为题，发表在Physical Review Letters（《物理评论快报》）。其中，山西大学光电研究所博士生冯艳妮、曾昭卿和成家霖讲师为论文第一作者，卢华东教授、闫智辉教授和贾晓军教授为通讯作者。

激光干涉仪凭借高精度的测量水平，在天文学、工程测量、地震学等精密测量领域都有广泛应用。而借助量子资源的量子干涉仪可以突破经典噪声极限的限制，进一步提升测量精度，到目前为止，已经在引力波探测、电磁场测量等领域被广泛应用。进一步发展量子干涉仪的规模是提升其性能的关键，并且实现多参数量子传感是诸多传感和成像应用的基础。目前，基于光子量子态的干涉仪实现了多相位传感。但是，由于受到光场量子态的高效利用及多参数的复杂结构等困难限制，构建用于多相位传感的高灵敏干涉仪仍然具有挑战性。

多相位传感的量子干涉仪示意图

课题组在前期基于量子干涉仪的单相位传感基础上，提出明亮压缩态光场的并行和串行结构，将干涉仪内部产生的压缩态直接用作量子探针，构建用于多相位传感的确定性量子增强干涉仪。通过有效压缩噪声和放大信号，实现了多相位的高灵敏量子传感。实验结果表明相对传统干涉仪，量子干涉仪对于三个位相的测量信噪比增强了10dB。进一步演示了该干涉仪不仅能够实现联合测量，而且可以完成单独测量，同时获取全局和局部信息。该工作进一步推动了量子干涉仪的实用化进程，为促进量子精密测量在生物、医学等领域应用的发展提供了技术支撑。

这项工作得到科技创新2030“量子通信与量子计算机”重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金、光量子技术与器件全国重点实验室、省部共建极端光学协同创新中心及山西省基础研究计划的支持。

相关链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2hsx-5qfr