中国首先实现高精度量子测量术 精度达纳米级

忙里偷闲

记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组，在国际上首次利用量子统计测量技术实现不受传统光学散射极限限制的相邻发光物体的测量和分辨，其精度可以达到纳米量级。研究成果近日发表在国际权威刊物《物理评论快报》上。

如何提高测量精度，数百年来一直是科学研究的主要课题和技术发展的主要追求目标。因此，新型的测量技术不断被开发，而其中最有吸引力的就是利用量子力学基本原理实现的量子测量方法。随着量子力学的发展以及相关量子信息技术的开发和应用，量子测量一方面可以实现超过经典测量极限的高精度测量，另一方面可以实现经典方式无法完成的各种测量。

孙方稳研究组利用物体发光的量子统计属性，设计并实验实现了不受经典光学散射极限限制的量子统计测量技术，其精度可达纳米量级。实验中，他们用氮原子取代金刚石材料中的一个碳原子，与近邻的空穴形成氮—空穴色心——一种极其微小的发光体。然后，他们巧妙地利用简单的光学收集装置，通过探测色心所发出的光子数，基于它们的量子统计属性，成功实现了两个相距8.5纳米的氮—空穴色心独立成像和分辨，同时测量了每个色心的结构，测量精度达2.4纳米。如果通过增加收集光子数，可以把精度提高到1纳米以内。实验中所需的光路简单，测量系统稳定，不受量子消相干效应的影响。


量子统计测量技术除了适用于相邻物体的光学成像，还可以测量和分辨发光体的其他光学属性，如发光寿命、波长等。同时，该测量技术可实时测量近邻物体的动力学演化以及它们之间的相互作用，为实现进一步的量子信息技术提供了新的测量技术，也将在化学、材料、生物医学等方向得到应用。