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澳大利亞和英國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出一種新方法，可以同時(shí)精確測(cè)量粒子的位置和動(dòng)量，重塑了量子不確定性，為未來(lái)超精密傳感技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。新方法的應(yīng)用領(lǐng)域包括導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)和天文學(xué)。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

海森堡不確定性原理是量子力學(xué)的核心原則之一，由德國(guó)物理學(xué)家海森堡于1927年提出。該原理指出，某些物理量的成對(duì)屬性，如粒子的位置和動(dòng)量，無(wú)法同時(shí)被精確測(cè)量，即對(duì)一個(gè)屬性測(cè)得越精確，另一個(gè)屬性的不確定性就越大。

實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)把不可避免的量子不確定性推到不關(guān)注的部分（比如位置和動(dòng)量的粗略大幅跳動(dòng)），從而測(cè)量真正關(guān)注的微小變化。

團(tuán)隊(duì)用鐘表作比喻來(lái)解釋他們的發(fā)現(xiàn)：只有時(shí)針的鐘表能粗略讀出分鐘，但具體時(shí)刻不準(zhǔn)；只有分針的鐘表能精確讀分鐘，卻無(wú)法判斷小時(shí)。同理，他們通過(guò)犧牲部分全局信息，將量子測(cè)量的精度集中在微小變化上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)粒子位置和動(dòng)量的同時(shí)高精度測(cè)量。這種測(cè)量理念就是“模運(yùn)算”。

團(tuán)隊(duì)利用先前為量子糾錯(cuò)計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的技術(shù)，首次在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這一策略。他們將囚禁離子制備為“網(wǎng)格態(tài)”，即量子計(jì)算中用于糾錯(cuò)的特殊量子態(tài)，通過(guò)測(cè)量離子的微小振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位置和動(dòng)量的聯(lián)合測(cè)量，精度超過(guò)傳統(tǒng)經(jīng)典傳感器的“標(biāo)準(zhǔn)量子極限”。

這是量子計(jì)算技術(shù)向傳感技術(shù)的巧妙轉(zhuǎn)化，讓傳感器在量子噪聲干擾下也能捕捉微弱信號(hào)。團(tuán)隊(duì)表示，這種測(cè)量仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但為未來(lái)量子傳感技術(shù)提供了新框架，既可與現(xiàn)有方法互補(bǔ)，也可能催生全新的應(yīng)用領(lǐng)域。正如原子鐘曾徹底改變導(dǎo)航與電信，極端靈敏的量子增強(qiáng)傳感器也可能開(kāi)辟全新的產(chǎn)業(yè)。

關(guān)鍵詞： 量子 傳感器 測(cè)量 量子計(jì)算 傳感技術(shù)