近期，中国科学技术大学在量子精密测量方向获得重要突破，该实验是由郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室主导的。该实验室李传锋、唐建顺等人将弱测量技术与能量循环技术相结合，实验上首次实现了超越经典测量精度极限的能量循环型弱测量，展示了量子弱测量技术在高精密测量领域的显著优势。该研究成果11月29日发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。
量子弱测量的概念最早由著名物理学家Aharonov、Albert和Vaidman于1988年提出，已被广泛应用于各类高精密测量中。现在利用量子弱测量技术已经可以把微弱信号放大上万倍,然而关于量子弱测量的精度问题却一直充满争议。以光学实验为例，一方面通过设置光子合适的前选择态和后选择态，量子弱测量可以实现对微弱信号的放大，提高测量响应度；另一方面弱测量中的后选择过程会导致仅有少量光子被利用，其余光子全被丢弃掉。而随着有用的光子数减少，量子涨落所引起的散粒噪声(shotnoise)会导致测量精度（信号和噪声的比值）下降。量子弱测量的精度能否超越经典测量精度极限已成为近年来研究热点。
李传锋研究组在实验上利用光腔技术使弱测量中被丢弃的光子重新返回测量装置，实现测量光子的循环利用，从而巧妙地将能量循环技术与弱测量技术结合在一起。他们在保持探测装置不变的条件下，实验上分别采用经典测量方案、标准量子弱测量方案以及能量循环型量子弱测量方案对同一光束的微小偏折角度进行精密测量。实验结果表明，标准弱测量的精度确实无法突破经典测量精度极限，而能量循环型量子弱测量在使测量信号强度提高到标准弱测量信号强度的2.4倍的同时，其测量精度却能达到经典测量精度极限的1.5倍。
本研究成果表明，在测量探针（即本实验中的光子）得到循环利用的情况下，量子弱测量相比经典测量方案可以达到更高的测量精度。本工作为量子计算学及精密测量技术的发展提供了新的方向。
图1）经典测量、标准弱测量和能量循环型弱测量三种测量方案的原理示意图
图2）三种方案的测量精度结果比较
