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科技日报多伦多6月6日电 (记者冯卫东)加拿大物理学家们首次利用量子力学克服了测量科学中的一个重大挑战。新开发的多探测器方法可测量出纠缠态的光子,实验装置使用光纤带收集光子并将其发送到由11个探测器组成的阵列。此项研究为使用量子纠缠态开发下一代超精密测量技术铺平了道路。 研究报告主要作者之一、多伦多大学物理系量子光学研究小组博士生罗泽马·李称,新技术能利用光子以经典物理学无法达到的精度进行测量。此项研究成果在线发表在《物理评论快报》上。 现存最灵敏的测量技术,从超精确原子钟到世界上最大的望远镜,均依赖于检测波之间的干涉,这种干涉发生于两个或更多个光束在相同空间的碰撞。罗泽马及其同事使用的量子纠缠态包含N个光子,它们在干涉仪中均被保证采取同样的路径,即N个光子要么全部采取左手路径,要么全部采用右手路径。 干涉效应可用干涉仪进行测量。干涉装置的测量精度可通过发送更多的光子加以改善。当使用经典光束时,光子数目(光的强度)增加100倍,干涉仪的测量精度可提高10倍,但是,如果将光子预先设置在一个量子纠缠态,干涉仪在同等条件下的测量精度则同步增长100倍。 科学界虽已了解到测量精度可通过使用纠缠光子加以改善,但随着纠缠光子数的上升,所有的光子同时到达相同检测器的可能性微乎其微,因此该技术在实践中几无用处。罗泽马及其同事于是开发出一种使用多个探测器来测量纠缠态光子的新方法。他们设计了一种使用“光纤带”的实验装置,用以收集光子并将其发送到11个单光子探测器组成的阵列。 这使研究人员能够捕捉到几乎所有最初发送的多光子。罗泽马称,同时将单光子以及两个、三个和四个纠缠光子送入检测设备,测量精度可得到显著提高。 研究人员表示,两个光子好于一个光子,探测器阵列的效果则远远好于两个。随着技术的进步,采用高效探测器阵列和按需纠缠的光子源,此项技术可被用于以更高精度测量更多的光子。《物理评论快报》的评论指出,该项技术为提高成像和光刻系统的精度提供了一种行之有效的新途径。 总编辑圈点 光子纠缠态,早已经不再拘束于当初爱因斯坦等人提出的玄妙理论,而被应用到如量子光刻、量子图像学等技术领域。也正是这些应用,让抽象的量子力学概念能较为实在地体现在人们面前。本文中研究者以超越经典物理学的精度测量出纠缠态光子,这种高分辨率的量子态测量,不仅能带动以上应用领域的发展,亦将有助于实现相关物理参数的高精度。来源:中国科技网-科技日报 2014年06月07日
这次日本地震的震级达到了9.0级,释放的能量较大,其低频振动分量传递较远,对我国高精密计量仪器有显著的影响。 据了解,高精密测量和计量仪器对环境振动的要求极高。美国环境科学和技术研究院经过大量的理论和实验研究推荐:微米级的测量要求1~100赫兹频带内的环境振动控制在12.5微米/秒以下(VC-C级),否则无法保证精密测量的测量精度。例如,1000倍的精密显微镜,要想保证其测量精度,必须对环境振动进行严格控制,否则就会出现丢失像素,甚至丢失整帧图像的问题;而对于测量精度更高的扫描电子显微镜和透射电子显微镜,则要求环境振动控制在VC-D级(即1~100赫兹频带内的环境振动控制在6微米/秒以下);对于纳米级的精密测量,例如半导体线宽、三磷酸腺苷及DNA测量,对环境振动的要求更高。美国国家标准和技术研究院(NIST)还针对纳米尺度的计量开展了大量研究,制定了纳米计量需要满足的环境振动标准。 据蔡晨光介绍,由于日本地震的影响,中国计量科学研究院的环境振动远远超出了精密计量所需要控制的量级。“虽然计量院昌平基地的一些精密实验室位于地下14米,可以隔离掉一部分地表传播的地震波,但是对于深度传播的低频地震波却无法进行有效衰减,致使高精密测量仪器无法正常工作。”他举例说,由于地震的影响,精密质量比较仪会长时间内无法稳定,致使高精度的质量量值无法传递和溯源;纳米尺度的精密测量仪器也会受影响而导致无法正常工作。 蔡晨光说,目前中国计量科学研究院昌平基地还没有建立起环境振动的实时监测系统,还无法实时、有效、准确地评估日本大地震这类偶发事件对高精度计量溯源系统的具体影响。“我国现在急需建立环境振动的实时监测系统。”
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