中国科大实现不受散射限制的量子统计测量术

中国教育装备采购网2013-04-17 09:54围观1701次我要分享

  中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组,在国际上首次利用量子统计测量技术实现了不受传统光学散射极限限制的相邻发光物体的测量和分辨,其精度可以达到纳米量级。研究成果4月9日发表在《物理评论快报》上。

  如何提高测量精度,数百年来一直是科学研究的主要课题和技术发展的主要追求目标;同时,通过物理量的高精度量反过来又推动着科学技术向前发展。因此,新型的测量技术不断地被开发,而其中最有吸引力的就是利用量子力学基本原理实现的量子测量方法。随着量子力学的发展以及相关量子信息技术的开发和应用,量子测量一方面可以实现超过经典测量极限的高精度测量;另一方面,可以实现经典方式无法完成的各种测量。如利用传统光学测量相近的两个物体的距离受制于光学瑞利散射极限,其精度仍在数百个纳米,远远大于现在各种物理、化学、材料、生物等学科发展所要求的成像精度。孙方稳研究组利用物体发光的量子统计属性,设计并实验实现了不受经典光学散射极限的量子统计测量技术,其精度可达纳米量级。

  实验中,他们在自己制备的金刚石氮-空穴色心样品上,非常巧妙地利用简单的光学收集装置,通过探测单光子以及双光子的光子数,基于单光子的量子反聚束效应成功实现了两个相距8.5纳米的氮-空穴色心独立成像和分辨,同时测量了每个色心的轴向。实验中的测量精度达2.4纳米,通过增加收集光子数,可以把精度提高到1纳米以内。实验测量中所需的光路简单,测量系统稳定,不受量子消相干的影响。该测量方法的原创性以及测量效果受到了编辑和审稿人的一致认可。

  量子统计测量技术除了可以适用于相邻物体的光学成像,还可以实现发光寿命,偏振和其他自由度的测量和分辨。同时,该测量技术可以实时测量近邻物体的动力学演化以及它们之间的相互作用,为实现进一步的量子信息技术提供了一种新的测量技术,也将在化学、材料、生物等方向得到应用。

  该项研究受到科技部、国家自然科学基金委和中国科大青年基金的资助,并已经申请了国家发明专利。

来源:中国科学技术大学责任编辑:荔枝

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