量子精密测量是量子信息科学中新发展起来的一个重要方向，旨在利用量子资源和效应实现超越经典方法的测量精度。该领域之前一个重要发现是，利用多光子纠缠态作为探针，可以实现海森堡极限精度的光相位测量。然而由于实验上很难制备光子数大于10的纠缠态，这种方法可以原理上演示超越标准量子极限的可能性，却尚不具有实际的测量能力。
近日，中国科学技术大学(简称中国科大)科研人员在量子精密测量方向取得重要进展，实验上实现海森堡极限的量子精密测量，中国科大郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋、陈耕等人设计并实现了一种全新的量子弱测量方法，实验上实现了海森堡极限精度的单光子克尔效应测量，可利用的光子数达到十万个。这也是国际上首个在实际测量任务中达到海森堡极限精度的工作。据悉，该研究成果发表在最新一期国际权威期刊《自然通讯》上。
图1.测量由单个光子引起的克尔效应的试验装置图
图2.实验结果：在光子数小于十万时测量精度反比于光子数，达到海森堡极限
量子弱测量已被广泛应用于各类高精密测量中。设计一种可实际应用的并且达到海森堡极限的量子精密测量技术是学术界长期以来努力的方向。
李传锋研究组摒弃常规思路，对标准弱测量方案进行重新设计。把制备混态探针和测量虚部弱值技术相结合，实验上成功地达到了海森堡极限精度。研究组在实验上利用了含有约十万个光子的激光脉冲，测量商用光子晶体光纤的单光子克尔系数精度达到了10-10弧度，比此前经典方法测量的最高精度提高了两个量级。
本研究成果展现了量子精密测量的技术优势，突破了必须要利用量子纠缠等量子资源才能实现海森堡极限的精密测量的传统观念，为量子精密测量及量子弱测量发展提供了新的思路。
