“量子”量子精密测量超越“海森堡极限精度” 中国科大又一波“高大上”科研成果发布

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揭示太阳爆发的重构过程、在量子精密测量研究取得重要进展，日前，中国科学技术大学发布了一批世界顶尖的科研成果。

揭示太阳爆发的重构过程

      近日，中国科学技术大学日地空间物理研究团队在太阳爆发活动的研究中取得重要进展，发现太阳爆发结构在早期爆发过程中发生了复杂的重构演化。该研究成果已发表于《自然-天文学》。

       太阳爆发活动的一个主要表现形式是日冕物质抛射，即太阳大气中缓慢积累的磁能在短时间内被剧烈地释放出来，将局部大气加热到上千万度———被称为耀斑，并产生大量高能粒子，同时上亿吨日冕物质携带着磁场被抛射到行星际空间。在接下来几天内，它将扰动整个太阳系的空间环境，尤其是影响现代社会中的各种高技术系统，包括航天、航空、通讯、电网等。

       自上世纪70年代被发现以来，日冕物质抛射一直是太阳和日地空间物理关注的焦点。此次研究中，研究团队对发生在2014年教师节的日冕物质抛射事件进行了深入研究。他们发现，爆发前形成的磁绳结构在爆发过程中经历了一系列复杂的剥蚀、瓦解和重建。

       观测证据表明，爆发前具有S形结构的磁绳从小尺度的“种子”发展而来，这一过程也为团队前期的研究成果提供了不同角度的重要佐证。爆发开始时，磁绳的足点被低层大气中一个梯形的亮带清晰地勾勒出来；在随后的剧烈爆发过程中，爆发结构的足点由于物质缺失表现为日冕中的暗化区。伴随着太阳色球耀斑带的高度动态变化和日冕暗化区域的随之漂移，爆发结构的足点位置发生了剧烈的迁移，与爆发前磁绳的足点区域几乎没有交集；而根据经典图像，表征爆发结构足点的日冕暗化区本应覆盖原有磁绳的足点。耀斑带末端则呈现极度不规则的形态以及来回拉锯式的运动，揭示磁绳内部以及磁绳与周围磁场间发生着复杂的三维磁场重联。这些现象表明，爆发过程中的三维磁场重联将原有磁绳的磁通量几乎完全替换。

       这一研究揭示了以前鲜有报道的复杂三维磁重联的细节过程及其在日冕物质抛射形成中的重要作用，同时为行星际空间复杂抛射结构的产生提供了新的物理解释，也为空间天气预报带来启示。

量子精密测量研究取得进展

       日前，中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子精密测量的研究中取得重要进展。该团队李传锋、陈耕等人与香港大学同行合作，利用量子不确定因果序，实现了超越海森堡极限精度的量子精密测量。

       量子精密测量致力于把量子力学原理运用到各种测量任务中以实现超过经典极限的测量精度。海森堡极限被认为是利用量子方法和资源所能达到的最终极限。之前国际上曾有一些工作声称超越了海森堡极限，然而这些工作利用了非线性效应或者包含了含时的哈密顿量，引起了广泛讨论，最终被理论上证明在以能量等作为规范化资源定义的前提下仍然会遵循海森堡极限。

       近年来，学术界提出一种新的量子结构，即量子不确定因果序。量子力学的叠加原理不仅允许不同量子本征态之间的叠加，也允许两个事件处于两个相反时序的量子叠加上。这样一种新型的量子资源已经被证实可以在特定的量子计算和量子通信任务中提供优势，然而此前工作都是基于离散变量体系，未能直接应用于量子精密测量任务中。

       李传锋、陈耕等人设计了一种全新的杂化量子装置，即用一个离散量子比特控制光子两组连续变量的演化时序，实验实现了不确定因果序，从而实现了对演化产生的几何相位的超海森堡极限的精密测量。实验结果表明，这种新方法在实验演示的范围内获得了对确定因果序方法理论上的最高测量精度，即海森堡极限的绝对优势，实验结果逼近了理论上的超海森堡极限。

        该实验使用单个光子作为探针，不存在光子间的相互作用，且单次测量所需要的能量不超过单个光子的能量，从而实现了首个在规范化资源定义下超越海森堡极限的实验工作。实验实现的相对于确定因果序方法的提升，可以直接转化为在实际测量任务中的现实优势。

        研究人员认为，该实验对不确定因果序和量子精密测量的理解均带来了重要影响。

安徽商报融媒体记者 胡霈霖

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