科学家在测量两个光子之间的时间延迟方面表现出前所未有的灵敏度

一组研究人员已经证明了量子物理学在测量两个光子之间的时间延迟时所允许的终极灵敏度。

通过频率分辨采样测量来测量它们在分束器上的干扰，该团队已经证明，在当前技术中可以达到前所未有的精度，估计误差可以通过降低光子时间带宽进一步降低。

这一突破对一系列应用具有重大意义，包括更可行的纳米结构成像，包括生物样品和纳米材料表面，以及基于光网络中频率分辨玻色子采样的量子增强估计。

这项研究是由朴茨茅斯大学的一组科学家进行的，由该大学量子科学和技术中心主任Vincenzo Tamma博士领导。研究结果发表在《物理评论应用》杂志上。

Tamma博士说：“我们的技术利用了在分束器输出通道测量时，当两个单光子撞击分束器的两个面时无法区分时发生的量子干涉。如果在撞击分束器之前，一个光子通过样品或被样品反射而相对于另一个光子在时间上延迟，则可以通过探测分束器输出处光子的量子干涉来实时检索这种延迟的值，从而检索样品的结构。

“我们表明，当通过两个光子的频率采样测量来解决这种双光子干涉时，可以达到时间延迟测量的最佳精度。事实上，这确保了两个光子在探测器上保持完全无法区分，无论它们在输出端检测到的采样频率的任何值处的延迟如何。

该团队建议使用双光子干涉仪来测量分束器处两个光子的干涉。然后，他们引入了一种基于频率分辨采样测量的技术，以自然界允许的最佳精度估计两个光子之间的时间延迟，并且在光子时间带宽减小时灵敏度增加。

Tamma博士补充说：“我们的技术克服了以前的双光子干涉技术的局限性，该技术无法在测量过程中检索有关光子频率的信息。

“它允许我们在实验中使用最短持续时间的光子，而不会影响探测器上延时光子的可区分性，从而最大限度地提高延迟估计的精度，显着减少所需的光子对的数量。这允许对给定样品进行相对快速和有效的表征，为生物学和纳米工程中的应用铺平道路。

这项突破性研究的应用意义重大。它有可能显着改善纳米结构的成像，包括生物样品和纳米材料表面。此外，它可能导致基于光网络中频率分辨玻色子采样的量子增强估计。