英国朴次茅斯大学对量子传感技术突破光网络参数测量

最新研究提出了一种能够在单次测量中同步检测光网络多项参数的量子传感技术，标志着该领域的重要突破。为达成这一目标，英国朴次茅斯大学与意大利巴里大学的研究团队合作开发出一套新型测量工具。此项进展预计将推动包括医学与天文学在内的多个科学领域取得实质性发展。

该方法基于干涉测量原理的量子传感方案，首次实现了对光的三种不同性质的同时测量，并能对光网络的多个参数进行同步估算。该技术有望在从生物医学成像到引力波探测等广泛应用中，提升量子测量的精度与适用范围，从而为相关科研与工程领域带来革新。

以往，这类光学参数只能逐一独立测量。然而，发表于《欧洲物理杂志增刊》的一项研究首次证明，可以在单次观测中以量子理论极限下的最高精度，同时测量三个独立的光学参数，无需分别进行检测。

来自英国南安普顿大学与意大利巴里大学的研究人员，利用现有光学资源——如激光与压缩光（一种能实现“噪声压缩”的量子光源）以及定制化检测技术——成功研制出一种新型干涉仪。该仪器能够同时以高精度测量两个未知的相移（光波在传播过程中产生的微小延迟或时间变化）以及一个未知的光束分裂器反射率（即反射光量与透射光量之比）。

所有这三个参数均可通过增加光源的平均光子数（例如采用激光或压缩光）进行估算。光子数线性增长所带来的精度提升被称为海森堡标度，这是量子力学在自然界中所能达到的极限灵敏度标度。

“这一进展有望在基于光学网络的量子传感技术中催生重要应用。”本研究首席研究员、朴次茅斯大学量子科学与技术中心主任文森佐·塔马教授表示。

该项目由美国空军科学研究办公室及量子科技公司 Xairos 提供支持，同时也隶属于朴次茅斯大学量子科学与技术中心的重点研究方向之一。该中心致力于探索量子理论在传感、成像与计算等领域的实际应用，并与全球多家学术机构及产业伙伴——包括IBM、太空量子技术公司Xairos等——开展广泛合作，以深化量子科学认知、推动新技术研发，并促进量子技术在多学科交叉与工业应用中的落地。

该中心的科研贡献亦体现在2021年英国大学卓越框架的物理学评鉴中，帮助朴次茅斯大学在参与评估的44所英国高校中位列第六，并成为现代大学类别中的领跑者。