光子精度：量子物理学家如何打破敏感度的界限

朴茨茅斯大学的一个团队通过一种涉及量子干扰和频率分辨采样测量的方法实现了前所未有的测量精度。这一突破可以增强纳米结构和生物样本的成像，并改善光网络中的量子增强估计。

通过频率分辨采样测量它们在分束器上的干扰，研究小组表明，在目前的技术范围内可以达到前所未有的精度，估计的误差可以通过降低光子时间带宽进一步降低。这一突破对一系列应用有重大意义，包括对纳米结构(包括生物样本)和纳米材料表面进行更可行的成像，以及基于光网络中频率分辨玻色子采样的量子增强估计。

这项研究是由朴茨茅斯大学的一个科学家团队进行的，由该大学的量子科学技术中心主任Vincenzo Tamma博士领导。

Tamma博士说："我们的技术利用了当两个单光子撞击分光器的两个面，在分光器输出通道测量时无法区分时发生的量子干扰。如果在撞击分光器之前，一个光子由于穿过样品或被样品反射而在时间上相对于另一个光子有所延迟，那么人们可以通过探测分光器输出端光子的量子干扰来实时检索这种延迟的值，从而检索出样品的结构。当通过对两个光子的频率进行采样测量来解决这种双光子干扰时，可以实现对时间延迟的最佳测量精度。事实上，这确保了两个光子在检测器上保持完全不可区分，不管它们在输出端检测到的任何采样频率值的延迟如何。"

该团队提出使用双光子干涉仪来测量两个光子在分束器处的干扰。然后，他们引入了一种基于频率分辨采样测量的技术，以自然界所允许的最佳精度来估计两个光子之间的时间延迟，并且在光子时间带宽减少的情况下，灵敏度越来越高。

这一技术克服了以前的双光子干扰技术的局限性，没有在测量过程中检索到光子频率的信息。

"它允许我们采用实验上可能的最短持续时间的光子，而不影响探测器上延时光子的可区分性，因此在显著减少所需光子对数量的情况下，最大限度地提高了延时估计的精度。 这允许对给定的样品进行相对快速和有效的表征，为生物学和纳米工程的应用铺平道路。"

这项突破性研究的应用是非常重要的。它有可能大大改善纳米结构的成像，包括生物样品和纳米材料表面。此外，它还可能导致在光网络中基于频率分辨的玻色子采样的量子增强估计。

标签： 光子精度 量子物理学 量子干扰