韓國科學技術研究院（KIST）量子技術中心團隊取得一項突破性進展：成功構建了全球首個具備超高分辨率的分布式量子傳感網絡。該成果發(fā)表于最新一期《物理評論快報》，標志著量子傳感技術向實用化邁出了關鍵一步，同時為下一代精密測量技術的發(fā)展開辟了新路徑，也為量子科技從實驗室走向實際應用提供了重要支撐。
精確測量是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的基石，在生物成像、半導體缺陷檢測以及深空天文觀測等領域發(fā)揮著關鍵作用。然而，傳統(tǒng)傳感器技術長期受限于“標準量子極限”，難以在精度和分辨率上進一步突破。為此，科學界將目光投向分布式量子傳感器——一種通過將多個分離的傳感器連接至同一量子系統(tǒng)，利用量子效應提升測量性能的前沿技術。盡管該領域在提升測量精度方面已取得進展，但在高分辨率成像中的實際應用尚未得到充分驗證。
團隊此次采用了名為“多模N00N態(tài)”的量子糾纏態(tài)，顯著提升了傳感器的分辨率與靈敏度。與以往研究中依賴的單光子糾纏態(tài)不同，多模N00N態(tài)通過在多個路徑上糾纏多個光子，生成更為密集的干涉條紋，從而實現(xiàn)對微小物理變化的高靈敏探測和更精細的空間分辨。這一技術不僅逼近海森堡極限（量子測量理論中的最高精度邊界），更首次在實驗中驗證了其在超高分辨率成像中的可行性。
在實驗中，團隊構建了跨四種路徑模式的雙光子多模N00N態(tài)，并利用該系統(tǒng)同時測量兩個獨立的相位參數。結果顯示，測量精度較傳統(tǒng)方法提升了約88%，在實驗層面實現(xiàn)了接近海森堡極限的性能，突破了以往僅在理論層面的設想。
該技術在多個高科技領域展現(xiàn)出廣闊應用前景。在生命科學中，可用于對亞細胞結構進行高清晰度成像，突破傳統(tǒng)顯微鏡的分辨極限；在半導體工業(yè)中，有望精準識別納米級電路缺陷，提升芯片良品率；在太空觀測方面，可幫助解析遙遠星體中原本模糊不清的結構細節(jié)。
團隊表示，這項研究展示了基于量子糾纏的實用化傳感網絡的巨大潛力。未來，若能與硅光子學量子芯片技術相結合，該系統(tǒng)有望拓展至更廣泛的日常應用場景。
總編輯圈點
本文中這一量子傳感網絡，將超高分辨率測量能力帶入工程化維度——其意義不僅在于突破了海森堡極限的理論邊界，更在于為生物醫(yī)學、半導體制造等產業(yè)提供了超越經典物理極限的觀測工具。這種技術有望重塑精密制造業(yè)的質量控制范式，使納米級缺陷檢測成為常態(tài)；而在生命科學領域，或能實現(xiàn)對細胞動態(tài)過程的分子級監(jiān)控，推動疾病機理研究進入新維度。隨著量子芯片集成技術的發(fā)展，這一系統(tǒng)可能真正走出實驗室，推動量子技術從科研工具到產業(yè)引擎的轉變。
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