新方法可同時精確測量粒子位置和動量

科技日報記者 張佳欣

澳大利亞和英國科學家團隊提出一種新方法，可以同時精確測量粒子的位置和動量，重塑了量子不確定性，為未來超精密傳感技術奠定了基礎。新方法的應用領域包括導航、醫學和天文學。相關研究成果發表在最新一期《科學進展》雜誌上。

海森堡不確定性原理是量子力學的核心原則之一，由德國物理學家海森堡於1927年提出。該原理指出，某些物理量的成對屬性，如粒子的位置和動量，無法同時被精確測量，即對一個屬性測得越精確，另一個屬性的不確定性就越大。

實驗中，團隊把不可避免的量子不確定性推到不關注的部分（比如位置和動量的粗略大幅跳動），從而測量真正關注的微小變化。

團隊用鐘錶作比喻來解釋他們的發現：只有時針的鐘表能粗略讀出分鐘，但具體時刻不準；只有分針的鐘表能精確讀分鐘，卻無法判斷小時。同理，他們通過犧牲部分全局信息，將量子測量的精度集中在微小變化上，實現了對粒子位置和動量的同時高精度測量。這種測量理念就是“模運算”。

團隊利用先前為量子糾錯計算機開發的技術，首次在實驗中驗證了這一策略。他們將囚禁離子製備為“網格態”，即量子計算中用於糾錯的特殊量子態，通過測量離子的微小振動，實現位置和動量的聯合測量，精度超過傳統經典傳感器的“標準量子極限”。

這是量子計算技術向傳感技術的巧妙轉化，讓傳感器在量子噪聲干擾下也能捕捉微弱信號。團隊表示，這種測量仍處於實驗室階段，但為未來量子傳感技術提供了新框架，既可與現有方法互補，也可能催生全新的應用領域。正如原子鐘曾徹底改變導航與電信，極端靈敏的量子增強傳感器也可能開闢全新的產業。