Quantum Steering For More Precise Measurements

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爱因斯坦-波多尔斯基-罗森相关性可用于精确测量。（图片来源：Jurik Peter，Shutterstock）

摘要：
由多个粒子组成的量子系统可用于更精确地测量磁场或电场。巴塞尔大学的一位年轻物理学家现在提出了一种用于此类测量的新方案，该方案利用量子粒子之间的特殊相关性。

量子转向可实现更精确的测量

瑞士巴塞尔 |发表于 23 年 2021 月 XNUMX 日

在量子信息中，虚构的代理人爱丽丝和鲍勃经常被用来说明复杂的通信任务。在这样的过程中，爱丽丝可以使用纠缠的量子粒子（例如光子）将量子态（甚至连她自己都不知道）传输或“传送”给鲍勃，这是使用传统通信无法实现的。

然而，目前尚不清楚 Alice-Bob 团队是否可以将类似的量子态用于通信之外的其他用途。巴塞尔大学的一位年轻物理学家现在展示了如何使用特定类型的量子态来进行比量子物理学通常允许的精度更高的测量。研究结果发表在科学杂志《自然通讯》上。

远距离量子转向

巴塞尔大学物理系的 Matteo Fadel 博士与英国和法国的研究人员一起思考如何借助所谓的量子转向来解决高精度测量任务。

量子转向描述了这样一个事实：在由两个粒子组成的系统的某些量子态中，对第一个粒子的测量允许人们对第二个粒子的可能测量结果做出比量子力学仅对第二个粒子的测量所允许的更精确的预测。粒子已经制成。就好像对第一个粒子的测量“引导”了第二个粒子的状态。

这种现象也称为 EPR 悖论，以阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein)、鲍里斯·波多尔斯基 (Boris Podolsky) 和内森·罗森 (Nathan Rosen) 的名字命名，他们于 1935 年首次描述了这种现象。值得注意的是，即使粒子相距很远，它也能发挥作用，因为它们是量子力学的？纠缠？并能在远处感受到对方。这也使得爱丽丝可以通过量子隐形传态将她的量子态传输给鲍勃。

“对于量子控制，粒子必须以一种非常特殊的方式相互纠缠，”法德尔解释道。 “我们有兴趣了解这是否可以用于进行更好的测量。”他提出的测量程序包括爱丽丝对其粒子进行测量并将结果传输给鲍勃。

由于量子控制，鲍勃可以调整他的测量仪器，使得他的粒子的测量误差比没有爱丽丝的信息时要小。通过这种方式，鲍勃可以高精度地测量作用在其粒子上的磁场或电场。

转向增强测量的系统研究

Fadel 和他的同事的研究现在使得系统地研究和证明量子控制在计量应用中的有用性成为可能。 Fadel 表示：“这个想法源于我们 2018 年在巴塞尔大学 Philipp Treutlein 教授实验室进行的一项实验。”

“在那个实验中，我们首次能够测量两个云之间的量子转向，每个云都包含数百个冷原子。之后我们问自己是否可以用它来做一些有用的事情。”在他的工作中，Fadel 现在为实现使用量子转向作为资源的现实测量应用奠定了坚实的数学基础。

“在一些简单的案例中，我们已经知道 EPR 悖论和精确测量之间存在联系，”Treutlein 说。 “但现在我们有了一个通用的理论框架，基于此我们还可以开发量子计量的新策略。”研究人员已经开始通过实验证明法德尔的想法。未来，这可能会产生新的量子增强测量设备。

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