來自莫斯科物理與技術研究所的研究人員，以及來自美國阿貢國家實驗室的一位同事，利用簡單的光學工具實現(xiàn)了一種先進的量子算法來測量物理量。他們的研究發(fā)表在《科學報告》上，讓我們更接近價格低廉的高性能線性光學傳感器。從天文學到生物學，各種研究領域都在尋求這種工具。

最大限度地提高測量工具的靈敏度對于任何科學技術領域都是至關重要的。例如，天文學家試圖探測遙遠的宇宙現(xiàn)象，生物學家需要辨別極其微小的有機結(jié)構(gòu)，工程師必須測量物體的位置和速度。

直到最近，沒有任何測量工具能夠確保精度超過所謂的散粒噪聲極限，這與經(jīng)典觀測固有的統(tǒng)計特性有關。量子技術提供了一種解決方法，將精度提高到基本的海森堡極限，這源于量子力學的基本原理。LIGO實驗在2016年首次探測到引力波，表明通過結(jié)合復雜的光學干涉方案和量子技術，有可能實現(xiàn)海森堡限制的靈敏度。

量子計量學是物理學的一個前沿領域，涉及的技術和算法工具，以作出高度精確的量子測量。在他們最近的研究中，來自MIPT和ANL的團隊將量子計量與線性光學融合在一起。

“我們設計并構(gòu)建了一個光學方案，運行基于傅里葉變換的相位估計程序，”來自MIPT的研究合著者Nikita Kirsanov說。“這個過程是許多量子算法的核心，包括高精度測量協(xié)議。”

大量的線性光學元件——分束器、移相器和反光鏡——的特殊排列使得獲取幾何角度、位置、速度以及其他物理物體的參數(shù)成為可能。測量包括編碼感興趣的光學相位的數(shù)量，然后直接確定。

量子信息技術物理MIPT實驗室的負責人Gordey Lesovik說：“這項研究是我們在通用量子測量算法方面工作的后續(xù)?！薄霸谠缙谂c芬蘭阿爾托大學的一個研究小組的合作中，我們在transmon量子位上實驗性地實現(xiàn)了一個類似的測量算法?！?

實驗表明，盡管該方案中含有大量的光學元件，但它是可調(diào)可控的。根據(jù)論文中提供的理論估計，線性光學工具對于實現(xiàn)甚至是相當復雜的操作也是可行的。

“這項研究已經(jīng)證明，線性光學為實現(xiàn)中等規(guī)模的量子測量和計算提供了一個負擔得起的和有效的平臺，”Argonne杰出的研究員Valerii Vinokur說。