基于弱测量方法的高精度量子测量的理论和实验研究

High-precision measurement is one of the most important problems in research of physics, and acts as an important role in the field of quantum information. The essential step in high-precision measurement is to obtain as much as information with limited resource, which is a key step in the future quantum engineering. A new method of quantum measurement called weak measurement that can be used in the situation of weak coupling between the measurement device and the measured system, has been proposed and investigated. This method can amplify weak signal through selecting special pre-select and post-select states. So it can be used in weak signal detection or in weak disturbance detection in quantum information processing. We plan to find efficient high-precision quantum weak measurement method, particularly in general situations (with noise and partial information). The main contents of this project are in the following: (1) The effects of noise in weak measurement and how to conquer it; (2) Wave distortion problem in weak measurement; (3) Test of fundamental principles of quantum mechanics; (4) Experimental research of weak measurement; (5) The physical meanings of weak value.

高精度测量是物理学研究的重要课题之一，在新兴的量子信息领域也起着重要的作用。通过有限的资源及操作，尽可能多地获取相位等被测量的信息是完成量子信息处理的必要环节，也是未来可能的实现量子工程应用的必要环节。近年来关于测量装置和被测系统弱耦合情形下的弱测量的研究方法被提出来，这一方法使用特殊的前选择和后选择可以放大弱耦合的信号，从而在弱信号探测和对量子系统的弱干扰探测中可能发挥重要的作用。本项目拟从实验和理论上研究基于弱测量的有效的高精度量子测量方法，包括一般情形下（有噪声，有部分信息）的测量方法。主要内容如下：实际噪声对弱测量信噪比的影响和克服噪声的有效方法； 弱测量波形畸变问题； 弱测量对基本量子力学问题的检验；弱测量的实验研究和弱值的物理意义。

高精度测量是物理学研究的重要课题之一，在新兴的量子信息领域也起着重要的作用。通过有限的资源及操作，尽可能多地获取相位等被测量的信息是完成量子信息处理的必要环节，也是未来可能的实现量子工程应用的必要环节。近年来关于测量装置和被测系统弱耦合情形下的弱测量的研究方法被提出来，这一方法使用特殊的前选择和后选择可以放大弱耦合的信号，从而在弱信号探测和对量子系统的弱干扰探测中可能发挥重要的作用。本项目拟从实验和理论上研究基于弱测量的有效的高精度量子测量方法，包括一般情形下（有噪声，有部分信息）的 测量方法。主要内容如下：实际噪声对弱测量信噪比的影响和克服噪声的有效方法； 弱测量波形畸变问题； 弱测量对基本量子力学问题的检验；弱测量的实验研究和弱值的物理意义。.项目基本按计划执行，围绕使用弱测量方法进行高精度量子测量的中心内容，开展了量子测量的基本理论、弱测量实现高精度测量的理论、弱测量进行量子非局域性实验检验、与弱测量相关的物理体系的性质等方面的研究，研究结果以论文的形式发表于国际上有重要影响的物理学期刊如Phys. Rev. Lett., Optica, Phys. Rev. A等。申请并获批准弱测量测量微小位移的方法专利1项。