中國科大實現(xiàn)不受散射限制的量子統(tǒng)計測量術
儀器信息網(wǎng) 2013/4/15 17:32:34 點擊10次

　　中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室孫方穩(wěn)研究組，在國際上首次利用量子統(tǒng)計測量技術實現(xiàn)了不受傳統(tǒng)光學散射極限限制的相鄰發(fā)光物體的測量和分辨，其精度可以達到納米量級。研究成果4月9日發(fā)表在《物理評論快報》上。

　　如何提高測量精度，數(shù)百年來一直是科學研究的主要課題和技術發(fā)展的主要追求目標;同時，通過物理量的高精度量反過來又推動著科學技術向前發(fā)展。因此，新型的測量技術不斷地被開發(fā)，而其中最有吸引力的就是利用量子力學基本原理實現(xiàn)的量子測量方法。隨著量子力學的發(fā)展以及相關量子信息技術的開發(fā)和應用，量子測量一方面可以實現(xiàn)超過經(jīng)典測量極限的高精度測量;另一方面，可以實現(xiàn)經(jīng)典方式無法完成的各種測量。如利用傳統(tǒng)光學測量相近的兩個物體的距離受制于光學瑞利散射極限，其精度仍在數(shù)百個納米，遠遠大于現(xiàn)在各種物理、化學、材料、生物等學科發(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)計屬性，設計并實驗實現(xiàn)了不受經(jīng)典光學散射極限的量子統(tǒng)計測量技術，其精度可達納米量級。

　　實驗中，他們在自己制備的金剛石氮-空穴色心樣品上，非常巧妙地利用簡單的光學收集裝置，通過探測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成功實現(xiàn)了兩個相距8.5納米的氮-空穴色心獨立成像和分辨，同時測量了每個色心的軸向。實驗中的測量精度達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。實驗測量中所需的光路簡單，測量系統(tǒng)穩(wěn)定，不受量子消相干的影響。該測量方法的原創(chuàng)性以及測量效果受到了編輯和審稿人的一致認可。

　　量子統(tǒng)計測量技術除了可以適用于相鄰物體的光學成像，還可以實現(xiàn)發(fā)光壽命，偏振和其他自由度的測量和分辨。同時，該測量技術可以實時測量近鄰物體的動力學演化以及它們之間的相互作用，為實現(xiàn)進一步的量子信息技術提供了一種新的測量技術，也將在化學、材料、生物等方向得到應用。

　　該項研究受到科技部、國家自然科學基金委和中國科大青年基金的資助，并已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。