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僅使用光學相干性來測量物體位置的設備。圖片來源：Nikita Kirsanov / MIPT

莫斯科物理技術學院的研究人員與美國阿貢國家實驗室的同事一起，實施了一種先進的量子算法，可使用簡單的光學工具測量物理量。他們的研究發(fā)表在《科學報告》上，使我們更接近價格合理且具有高性能的線性光學傳感器。在從天文學到生物學的各種研究領域中都尋求這種工具。

最大化測量工具的靈敏度對于任何科學和技術領域都是至關重要的。天文學家試圖發(fā)現遙遠的宇宙現象，生物學家需要辨別極其微小的有機結構，工程師們必須測量物體的位置和速度，僅舉幾個例子。

直到最近，還沒有測量工具能夠確保超過所謂的散粒噪聲極限的精度，而散粒噪聲極限與經典觀測固有的統(tǒng)計特征有關。量子技術提供了一種解決此問題的方法，它基于量子力學的基本原理將精度提高到了基本的海森堡極限。LIGO實驗于2016年首次檢測到引力波，結果表明，通過將復雜的光學干涉方案和量子技術相結合，可以實現海森堡有限的靈敏度。

量子計量學是物理學的前沿領域，與進行高精度量子測量的技術和算法工具有關。在最近的研究中，來自MIPT和ANL的團隊將量子計量學與線性光學技術融合在一起。

該研究的合著者，來自MIPT的Nikita Kirsanov說：“我們設計并構建了一種光學方案，該方案運行基于傅立葉變換的相位估計程序。” “該程序是許多量子算法的核心，包括高精度測量協議�！�

大量線性光學元件（光束分離器，移相器和反射鏡）的特定布置使得可以獲得有關物理對象的幾何角度，位置，速度以及其他參數的信息。測量涉及對光學相位中的感興趣數量進行編碼，然后直接確定這些數量。

MIPT量子信息技術物理實驗室的負責人首席研究員Gordey Lesovik評論說：“這項研究是對我們在通用量子測量算法上的工作的后續(xù)�！� “在與芬蘭阿爾托大學研究小組的早期合作中，我們實驗性地對跨界量子比特實施了類似的測量算法�！�

實驗表明，盡管該方案中有大量的光學元件，但仍是可調諧和可控制的。根據紙上提供的理論估計，線性光學工具可用于實施甚至更為復雜的操作。

Argonne杰出研究員Valerii Vinokur表示：“這項研究表明，線性光學器件為實施中等規(guī)模的量子測量和計算提供了一個負擔得起且有效的平臺。