記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽等與國外學(xué)者合作，在同時具備高純度、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量奠定了基礎(chǔ)。研究成果發(fā)表于《物理評論快報》上。美國物理學(xué)會網(wǎng)站以“面向完美的單光子源”為題專門對該工作進(jìn)行了亮點(diǎn)報道。

單光子源是光量子信息技術(shù)中的關(guān)鍵器件，也是量子精密測量的重要資源。量子精密測量中的一個重要方向是減少由于探測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)一對共軛量(如位置和動量、時間和能量等)的相對大小，把所需測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)抖動降低到散粒噪聲以下。

1979年，由國外學(xué)者從理論上預(yù)言，單個二能級系統(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，直接觀測強(qiáng)度壓縮一直以來是個巨大的挑戰(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，通過對共振熒光的直接測量，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際單位提供了一條新的途徑。(記者吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 單光子源 量子精密