一种在量子极限下操作光子传感器的方法

英国物理学家找到了一种在量子极限下操作光子传感器的方法，并且这种光子传感器可大规模制造。这一突破为温室气体监测和癌症检测等实际应用铺平了道路。

我们的日常生活已经离不开各式各样的传感器。尽管这些传感器通常无法被用户直接察觉，但它们为现代医疗、安全和环境监测等应用提供着所必需的关键信息。例如，现在的汽车就装配了100多个传感器，而且这个数字还会增加。

量子传感有望革新当今的传感器，显著提高它们的性能。更精确、更快速、更可靠的物理量测量，将对科学和技术的各个领域，包括我们的日常生活带来变革性的影响。

不过，目前大多数量子传感方案，依赖难以产生且检测的光或物质的特殊纠缠态或压缩态。这是利用量子传感器全部潜力并在真实场景中应用它们的主要障碍。

据麦姆斯咨询报道，英国布里斯托尔大学（Universities of Bristol）、巴斯大学（University of Bath）和华威大学（University of Warwick）合作的物理学家团队在近日发表的一篇论文中表明，不需要复杂的量子态和探测方案，就可以对重要的物理特性进行高精度测量。

这项突破的关键是利用了一种环形谐振器，这是一种微小的环路结构，可以在环路中引导光，并最大限度地提高其与研究样品的相互作用。重要的是，这种环形谐振器可以使用与我们的计算机和智能手机芯片相同的工艺大规模制造。

布里斯托尔大学量子工程技术实验室（QET Labs）博士生、该研究主要作者Alex Belsley表示：“我们离在量子力学检测极限下工作的集成光子传感器又近了一步。”

利用这项技术感知吸收或折射率变化，可用于识别和表征各种材料和生化样品，并可用于从温室气体监测到癌症检测等热门应用。

QET Labs联合主任、该研究共同作者Jonathan Matthews副教授表示：“我们对这一成果带来的机遇非常兴奋，我们现在知道如何利用大规模可制造工艺来设计在量子极限下工作的芯片级光子传感器。”

与经典方法相比，光子的量子态已被证明可以提高吸收估算的精度。通过利用干涉和谐振增强效应，研究人员展示了全通环形谐振器中的相干态探针，即使按平均输入光子数归一化，也可以优于任何量子探针单通策略。研究人员还发现，在最佳条件下，相干态探针与全通环形谐振器中任意亮度纯单模压缩探针的性能相当。

审核编辑 ：李倩