量子测量技术进展及应用趋势分析*

张萌 赖俊森

(中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191)

0 引言

量子信息技术具有重要的科学和应用价值，引发产学研界广泛的关注。量子计算和量子通信领域都面临着一个亟待解决的问题——量子态的退相干效应。退相干是量子位与环境相互作用，会使得量子计算和通信中的叠加态或者纠缠态不受控制地发生改变，从而引起信息的错误或丢失。退相干现象与多种环境因素有关：比如环境电磁场、温度的变化或者量子位之间的串扰。如果将这一“缺点”加以利用，通过量子态的变化直接或者间接地将环境物理量的大小读取出来，就实现了量子测量。值得注意的是，退相干效应在量子测量领域依然是一个问题，它可能导致信噪比下降甚至信号消失。一个形象的比喻就是，在退相干条件下进行物理量测量就像给一个快速移动的人拍摄长曝光照片，结果会得到一张模糊的相片[1]。因此，为了实现高精度的量子测量，一方面需要尽可能保证量子态可控且可读取；另一方面需要研究量子态退相干机制，根据待测物理量的特性，选取适合的量子体系和性质进行信号探测。

量子测量是指利用量子特性获得更高性能的测量技术[2]。目前，对于量子测量没有明确的公认的定义描述。笔者认为量子测量具备“二三四五”的特点：两个基本特征、三种主要类型、四个基本步骤和五大主要应用领域。两个基本特征是指测量系统中操作的对象是微观粒子(如光子、原子、离子等)，并且系统在待测物理场中演化导致量子态的改变实现精密测量。……