成对光子比单个光子对旋转更敏感

光的量子态使新颖的光学传感方案成为可能，例如用于测量距离或位置，其精度是传统光源(如激光)无法达到的。一个来自芬兰和加拿大的研究团队发现，被设计成在复杂空间结构中纠缠的光子，由于量子现象，在感知最小的旋转方面具有优势，这使得量子计量学领域现在被推进得更远。这种新方法可以比传统方法进行更精确的测量。 4k1xy##  
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通过对共存于同一横向位置的两个光子进行后选，可以看到输入光子聚束成双光子结构的概念图像。来源：Markus Hiekkamäki / Tampere University. 2@
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在量子计量领域，科学家们正在开发新的测量方案，受益于量子特性，比传统的方法更精确和敏感。来自芬兰Tampere大学和加拿大国家研究委员会的研究团队现在已经展示了一种简单而强大的技术，称为双光子N00N态，可以用来创建空间结构的光量子态，这种量子态可以超越旋转估计的经典极限。研究结果发表在著名杂志《Physical Review Letters》上。 J]'zIOQ  
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“我们的实验结果展示了一种简单但强大的定制双光子量子态的方法，并为实现高测量精度的应用提供了希望。我们方法的简单性为创建一个测量系统打开了一条道路，它可以用当前的技术打破传统的估计极限，”博士研究员和第一作者Markus Hiekkamäki解释道。 _;
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绝对量子极限下的测量精度 Q3~H{)[Kq  
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该方法利用了一个基本的量子特征，即两个光子之间的干涉，这通常被称为光子聚束。与更常见的光子聚束进入相同物理路径相比，新方案导致聚束进入相同的空间结构。 &6!)jIWJ  
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检测到单光子和双光子重合作为一个函数的旋转角度。单个光子准备在模式中显示insets (insets的假彩色图像结构用相机和激光),和相应的双光子N00N州是由印迹相同的结构对一个光子及其正交对(相同结构旋转180°/ 2ℓ)。 BDDlQci38  
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“在例子中，量子干涉导致了两个光子的纠缠态。由于实现态的量子性质，与印迹在相同空间形状上的相同数量的单光子或激光相比，纠缠光子对具有更好的测量精度。使用一种反直觉的量子响应，我们能够证明在绝对量子极限下实现测量精度是可能的。” Tampere大学实验量子光学小组的负责人、副教授Robert Fickler说。 >]TWXmx/w  
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除了旋转测量外，该方法还允许产生横向空间模式的大量不同量子态。因此，它也可以用于许多不同类型的系统的测量，以及光的多光子量子态的基本测试。 
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ℓ=100 N00N态的Fisher信息和角度不确定性。在上面一行，连续的绿色线是费雪信息乘以估计的损失前单个光子(或光子对)的总数。 H*R"ntI?w  
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在证明了旋转估计的优势之后，研究人员现在正计划使用这种方法来揭示波的另一个基本性质，即Gouy相位。此外，他们还研究如何将其扩展到多个自由度的量子增强测量方案中。 lUZ+YD4  
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相关链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.263601