科学家突破海森堡不确定性原理，实现量子测量新纪元

澳大利亚悉尼大学和皇家墨尔本理工大学（RMIT）的研究人员在量子测量领域取得了突破性进展，他们巧妙地重新分配了不确定性，使得同时精确测量粒子的位置和动量成为可能，从而在一定程度上“绕过”了海森堡不确定性原理的传统限制。这项发表于2025年9月24日《科学进展》（Science Advances）杂志上的研究，为开发超高精度量子传感器铺平了道路。 海森堡不确定性原理指出，我们无法同时精确知道一个粒子的位置和动量。这一原理长期以来一直是量子传感技术发展的挑战。然而，新的方法利用了为纠错量子计算而开发的“格点态”（grid states）量子态，将不可避免的不确定性转移到测量中不太关键的大尺度变化上，从而允许对位置和动量进行前所未有的精确测量。研究人员能够测量出相当于零点五纳米（nanometer）的不确定性，以及高达约十的负二十一次方牛顿（yoktonewtons）的微小力，这种灵敏度堪比探测约30个氧分子（oxygen molecules）的重量。

这项进展的意义极其深远。能够高精度地测量极小的信号，有望彻底改变多个科学和技术领域。例如，探测宇宙事件（如黑洞合并）的引力波（gravitational waves）探测器将从中受益匪浅。此外，这项技术还有可能催生出超灵敏的量子传感器，应用于导航（尤其是在GPS信号受限的环境中）、医疗成像（如更精确的脑部扫描）、材料监测以及天体物理学观测等领域。研究人员还提到，这种方法与量子计算技术有着巧妙的交叉，为传感器提供了在不被量子噪声淹没的情况下拾取更微弱信号的能力。

这项研究是悉尼大学实验团队与RMIT大学、墨尔本大学、麦格理大学和布里斯托大学理论团队合作的成果。这种跨机构、跨国界的合作模式，凸显了其在加速科学进步和加强全球量子研究领域中的重要价值。这项工作为下一代超高精度传感器的发展提供了新的框架，有望在科学和技术领域实现广泛的应用，并可能重塑我们对量子世界的理解和测量方式。例如，在导航领域，量子传感器有望实现无GPS的精确定位，这对于水下、地下或太空探索至关重要。在医疗领域，它们可以实现更早期的疾病检测和更精细的成像。在天体物理学中，它们将有助于探测更微弱的宇宙信号，例如引力波的探测灵敏度有望得到极大提升，甚至可能帮助我们更深入地理解宇宙的起源。

尽管目前这项技术仍处于物理实验室阶段，但它展示了未来超灵敏量子传感器的巨大潜力。这项突破不仅是量子测量科学的重大飞跃，也为我们提供了一种新的视角来理解和利用量子力学的基本原理，以应对现实世界中的挑战，并开启全新的技术可能性。