在精密测量领域,如何突破量子涨落与环境噪声的双重限制,一直是困扰科研人员的技术瓶颈。
传统量子计量虽能利用纠缠粒子提升单参数测量精度,但受限于粒子空间位置集中性,难以同步获取多维物理信息。
瑞士巴塞尔大学与法国卡斯特勒—布罗塞尔实验室的创新性研究,从量子力学基础理论层面找到了突破口。
团队基于2022年诺贝尔物理学奖获奖成果——爱因斯坦-波多尔斯基-罗森纠缠效应,设计出全新的空间分离测量方案。
通过将制备好的纠缠态原子云分裂为三个独立单元,在保持量子关联的前提下,成功实现对电磁场三维空间分布的高精度重建。
实验数据显示,该方法的测量误差较传统手段降低逾40%。
这一突破的技术价值体现在双重维度:其一,空间分布的纠缠体系可有效抵消共模环境噪声,例如温度波动或磁场干扰对全体原子的均匀影响;其二,多节点同步测量能显著减少数据采集次数,将原本需要上千次重复实验的流程压缩至百次以内。
目前,该技术已在两类尖端仪器中展现应用潜力。
在光学晶格原子钟领域,原子空间分布不均导致的系统误差长期制约时间测量精度,新方案通过纠缠态校正可提升钟差稳定性;对于探测地球重力场的原子干涉仪,其空间分辨率有望提高两个数量级,为地质勘探与引力波研究提供更精准数据支持。
据科研团队预测,随着纠缠粒子数量增加与操控精度提升,未来五年内该技术或可扩展至五维参数同步测量,在量子雷达、暗物质探测等前沿领域形成技术辐射效应。
从“测一个更准”到“多项同时更准”,精密测量能力的跃升往往来自方法论的突破。
将量子纠缠扩展到空间分离体系并用于多参数同步估计,展示了量子资源在抑制不确定性与抵御共模噪声方面的潜力。
面向未来,持续推动基础研究与工程化验证的衔接,将决定这一新路径能否从实验室走向高可靠应用,也将为更高精度、更强稳定性的测量体系奠定基础。