中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)不受散射限制的量子統(tǒng)計(jì)測(cè)量術(shù)
儀器信息網(wǎng) 2013/4/15 17:32:34 點(diǎn)擊10次

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫方穩(wěn)研究組，在國(guó)際上首次利用量子統(tǒng)計(jì)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不受傳統(tǒng)光學(xué)散射極限限制的相鄰發(fā)光物體的測(cè)量和分辨，其精度可以達(dá)到納米量級(jí)。研究成果4月9日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　如何提高測(cè)量精度，數(shù)百年來一直是科學(xué)研究的主要課題和技術(shù)發(fā)展的主要追求目標(biāo);同時(shí)，通過物理量的高精度量反過來又推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展。因此，新型的測(cè)量技術(shù)不斷地被開發(fā)，而其中最有吸引力的就是利用量子力學(xué)基本原理實(shí)現(xiàn)的量子測(cè)量方法。隨著量子力學(xué)的發(fā)展以及相關(guān)量子信息技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，量子測(cè)量一方面可以實(shí)現(xiàn)超過經(jīng)典測(cè)量極限的高精度測(cè)量;另一方面，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典方式無法完成的各種測(cè)量。如利用傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量相近的兩個(gè)物體的距離受制于光學(xué)瑞利散射極限，其精度仍在數(shù)百個(gè)納米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)在各種物理、化學(xué)、材料、生物等學(xué)科發(fā)展所要求的成像精度。孫方穩(wěn)研究組利用物體發(fā)光的量子統(tǒng)計(jì)屬性，設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了不受經(jīng)典光學(xué)散射極限的量子統(tǒng)計(jì)測(cè)量技術(shù)，其精度可達(dá)納米量級(jí)。

　　實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)谧约褐苽涞慕饎偸?空穴色心樣品上，非常巧妙地利用簡(jiǎn)單的光學(xué)收集裝置，通過探測(cè)單光子以及雙光子的光子數(shù)，基于單光子的量子反聚束效應(yīng)成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)相距8.5納米的氮-空穴色心獨(dú)立成像和分辨，同時(shí)測(cè)量了每個(gè)色心的軸向。實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量精度達(dá)2.4納米，通過增加收集光子數(shù)，可以把精度提高到1納米以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量中所需的光路簡(jiǎn)單，測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定，不受量子消相干的影響。該測(cè)量方法的原創(chuàng)性以及測(cè)量效果受到了編輯和審稿人的一致認(rèn)可。

　　量子統(tǒng)計(jì)測(cè)量技術(shù)除了可以適用于相鄰物體的光學(xué)成像，還可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光壽命，偏振和其他自由度的測(cè)量和分辨。同時(shí)，該測(cè)量技術(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量近鄰物體的動(dòng)力學(xué)演化以及它們之間的相互作用，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的量子信息技術(shù)提供了一種新的測(cè)量技術(shù)，也將在化學(xué)、材料、生物等方向得到應(yīng)用。

　　該項(xiàng)研究受到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科大青年基金的資助，并已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。