一种使用量子反馈执行规范相位测量的方法

已知光具有许多基本属性，包括颜色，亮度和方向，其中大多数立即可见，并且可以用肉眼观察。现在有几种检测和测量这些特性的仪器，例如光子计数器，研究中经常使用的通过对单个光量子进行计数来测量亮度的检测器。至关重要的是，某些现有设备也可以在所谓的量子极限下测量这些特性，这是测量精度的基本障碍。

的属性的光，到目前为止被证明是非常难以实现的，并难以在测量量子极限是光波的相位。加州大学伯克利分校的研究人员最近实施了一项提案，该提案是由其合作者之一于25年前提出的，该提案概述了对该特性进行最佳测量的一种可能方式，也称为规范相位测量。在发表于《自然物理学》上的一篇论文中，他们应用了一种可靠的方法来利用量子反馈实现规范的相位测量，其性能优于之前提出的所有技术。

进行这项研究的研究人员之一利·马丁(Leigh Martin)对物理学家说：“相位和功率遵循海森堡不确定性原理的一种形式，就像位置和动量一样。” “对一个信号的了解越多，对另一个信号的了解就越少。规范相位测量的一个怪异特性是它完全忽略了功率。从理论上讲，它无法分辨出明暗和完全黑暗之间的区别，但它可以最佳地确定入射光场的相位。”

研究人员使用的技术通过不测量光波的功率来测量处于量子极限的光波相位。为了避免测量功率，研究人员将他们的探测器与光波的入射电场同步，该电场会上下振荡。该场振荡的波的高度最终决定了光束的功率。

马丁解释说：“如果只在波处于“上”和“下”之间时才打开检测器，那么那时的磁场为零，而与总功率无关。“要注意的是，除非您已经知道开始的相位，否则您不知道发生的时间。因此，我们会在信号到达时不断调整检测器的时序，实际上是在信号到达时改变时序单光子。”

研究人员评估了他们设计的新系统的有效性，发现它可以成功地在单光子波包上收集单次测量。而且，他们的技术超出了外差检测的当前标准。

马丁说：“对我来说，这个项目表明我们可以从量子效应中学到和改进测量方法。” “特别是在这项研究中，我们使用了一个非常普遍的现象的例子，那就是，如果您在量子测量期间更改测量基础，则可以测量的可观测对象类别要比开始测量时要大得多。”

将来，新的测量技术可用于进行涉及在量子极限处检测和利用光波相位的研究。在他们的未来工作中，马丁及其同事还计划探索替代测量方法，这些方法将利用超导电路中的强非线性特性，超导电路是一类零电阻的高效电路。

马丁说：“人们对量子信息平台(例如用于量子计算的超导电路)感到非常兴奋，但是还有很多东西使它们真正适用于测量科学，例如强大的光子非线性和自适应测量。” “我希望在超导电路中以及在我现在使用的系统(金刚石中的氮空位中心)中继续推动量子测量的极限。”

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