物理学家创造了量子启发的光学传感器

仅使用光学相干性来测量物体位置的设备。图片来源：Nikita Kirsanov / MIPT

莫斯科物理技术学院的研究人员与美国阿贡国家实验室的同事一起，实施了一种先进的量子算法，可使用简单的光学工具测量物理量。他们的研究发表在《科学报告》上，使我们更接近价格合理且具有高性能的线性光学传感器。在从天文学到生物学的各种研究领域中都寻求这种工具。

最大化测量工具的灵敏度对于任何科学和技术领域都是至关重要的。天文学家试图发现遥远的宇宙现象，生物学家需要辨别极其微小的有机结构，工程师们必须测量物体的位置和速度，仅举几个例子。

直到最近，还没有测量工具能够确保超过所谓的散粒噪声极限的精度，而散粒噪声极限与经典观测固有的统计特征有关。量子技术提供了一种解决此问题的方法，它基于量子力学的基本原理将精度提高到了基本的海森堡极限。LIGO实验于2016年首次检测到引力波，结果表明，通过将复杂的光学干涉方案和量子技术相结合，可以实现海森堡有限的灵敏度。

量子计量学是物理学的前沿领域，与进行高精度量子测量的技术和算法工具有关。在最近的研究中，来自MIPT和ANL的团队将量子计量学与线性光学技术融合在一起。

该研究的合著者，来自MIPT的Nikita Kirsanov说：“我们设计并构建了一种光学方案，该方案运行基于傅立叶变换的相位估计程序。” “该程序是许多量子算法的核心，包括高精度测量协议。”

大量线性光学元件（光束分离器，移相器和反射镜）的特定布置使得可以获得有关物理对象的几何角度，位置，速度以及其他参数的信息。测量涉及对光学相位中的感兴趣数量进行编码，然后直接确定这些数量。

MIPT量子信息技术物理实验室的负责人首席研究员Gordey Lesovik评论说：“这项研究是对我们在通用量子测量算法上的工作的后续。” “在与芬兰阿尔托大学研究小组的早期合作中，我们实验性地对跨界量子比特实施了类似的测量算法。”

实验表明，尽管该方案中有大量的光学元件，但仍是可调谐和可控制的。根据纸上提供的理论估计，线性光学工具可用于实施甚至更为复杂的操作。

Argonne杰出研究员Valerii Vinokur表示：“这项研究表明，线性光学器件为实施中等规模的量子测量和计算提供了一个负担得起且有效的平台。

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