在国家自然科学基金项目（批准号：61925503、61775127）等资助下，山西大学彭堃墀院士研究团队在超灵敏量子干涉仪研究方面取得进展。研究成果以“同时压缩噪声和放大信号的量子干涉仪（Quantum Interferometer Combining Squeezing and Parametric Amplification）”为题，于2020年5月1日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.173602。
光学干涉仪是一种应用广泛的精密测量仪器，大到引力波探测，小到原子计量。然而，其测量精确度受到真空起伏所导致的标准量子极限的限制。尽管可以通过在光学干涉仪中注入噪声起伏低于标准量子极限的压缩态光场的方法来提高光学干涉仪的测量精度，但这种方法会不可避免地造成压缩态光场的损耗。
针对这一问题，研究团队在理论设计的基础上，试制了一台超高灵敏量子干涉仪。他们将压缩态光源置于干涉仪内部，直接运用噪声低于标准量子极限的非经典光作为测量探针，使测量精确度超过标准量子极限5.57±0.19分贝，从而能够测量被量子噪声淹没的微弱信号。与原有将压缩态注入干涉仪的方法相比，该方案在干涉仪臂中引入了光学参量放大器，干涉仪内部产生的压缩态作为相敏量子态直接测量光场相位信息。这样将参量放大与量子噪声压缩合为一体，既放大了测量探针光强度，又压缩了量子噪声。他们制备的这种结构紧凑的光学干涉仪可以与高灵敏引力波探测仪兼容，并进一步提高其测量精度。
该研究为开发高灵敏度量子测量技术、研制新型量子干涉仪提供了理论基础与技术支撑。
图1 超高灵敏量子干涉仪原理图
图2 注入功率为10微瓦时，量子干涉仪相位测量灵敏度随光学参量放大器增益变化曲线