已知光具有許多基本屬性，包括顏色，亮度和方向，其中大多數(shù)立即可見，并且可以用肉眼觀察?，F(xiàn)在有幾種檢測和測量這些特性的儀器，例如光子計數(shù)器，研究中經(jīng)常使用的通過對單個光量子進(jìn)行計數(shù)來測量亮度的檢測器。至關(guān)重要的是，某些現(xiàn)有設(shè)備也可以在所謂的量子極限下測量這些特性，這是測量精度的基本障礙。

的屬性的光，到目前為止被證明是非常難以實現(xiàn)的，并難以在測量量子極限是光波的相位。加州大學(xué)伯克利分校的研究人員最近實施了一項提案，該提案是由其合作者之一于25年前提出的，該提案概述了對該特性進(jìn)行最佳測量的一種可能方式，也稱為規(guī)范相位測量。在發(fā)表于《自然物理學(xué)》上的一篇論文中，他們應(yīng)用了一種可靠的方法來利用量子反饋實現(xiàn)規(guī)范的相位測量，其性能優(yōu)于之前提出的所有技術(shù)。

進(jìn)行這項研究的研究人員之一利·馬丁(Leigh Martin)對物理學(xué)家說：“相位和功率遵循海森堡不確定性原理的一種形式，就像位置和動量一樣。” “對一個信號的了解越多，對另一個信號的了解就越少。規(guī)范相位測量的一個怪異特性是它完全忽略了功率。從理論上講，它無法分辨出明暗和完全黑暗之間的區(qū)別，但它可以最佳地確定入射光場的相位。”

研究人員使用的技術(shù)通過不測量光波的功率來測量處于量子極限的光波相位。為了避免測量功率，研究人員將他們的探測器與光波的入射電場同步，該電場會上下振蕩。該場振蕩的波的高度最終決定了光束的功率。

馬丁解釋說：“如果只在波處于“上”和“下”之間時才打開檢測器，那么那時的磁場為零，而與總功率無關(guān)。“要注意的是，除非您已經(jīng)知道開始的相位，否則您不知道發(fā)生的時間。因此，我們會在信號到達(dá)時不斷調(diào)整檢測器的時序，實際上是在信號到達(dá)時改變時序單光子。”

研究人員評估了他們設(shè)計的新系統(tǒng)的有效性，發(fā)現(xiàn)它可以成功地在單光子波包上收集單次測量。而且，他們的技術(shù)超出了外差檢測的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。

馬丁說：“對我來說，這個項目表明我們可以從量子效應(yīng)中學(xué)到和改進(jìn)測量方法。” “特別是在這項研究中，我們使用了一個非常普遍的現(xiàn)象的例子，那就是，如果您在量子測量期間更改測量基礎(chǔ)，則可以測量的可觀測對象類別要比開始測量時要大得多。”

將來，新的測量技術(shù)可用于進(jìn)行涉及在量子極限處檢測和利用光波相位的研究。在他們的未來工作中，馬丁及其同事還計劃探索替代測量方法，這些方法將利用超導(dǎo)電路中的強(qiáng)非線性特性，超導(dǎo)電路是一類零電阻的高效電路。

馬丁說：“人們對量子信息平臺(例如用于量子計算的超導(dǎo)電路)感到非常興奮，但是還有很多東西使它們真正適用于測量科學(xué)，例如強(qiáng)大的光子非線性和自適應(yīng)測量。” “我希望在超導(dǎo)電路中以及在我現(xiàn)在使用的系統(tǒng)(金剛石中的氮空位中心)中繼續(xù)推動量子測量的極限。”