受量子力学启发的激光系统可实现亚毫米级精度的距离测量
2026年3月17日——布里斯托大学的研究人员展示了一种受量子物理学启发的新型激光测距技术,该技术能在强烈太阳光背景下实现精确距离测量。
该研究团队通过在该校最具标志性的建筑上进行新方法测试,验证了他们的假设。
发表在《自然-通讯》上的新研究表明,原本为量子传感开发的技术理念可以转化为能在真实环境中运行的实用激光系统。
阳光和大气条件产生的干扰性“噪声”是远距离光学传感面临的最大挑战之一。这项新技术通过抑制噪声同时保持强信号,有望在自动驾驶汽车传感、高精度测绘与基础设施监测、导航定位系统乃至太空探索的远程测量等领域实现广泛应用。
为突破噪声限制,该团队从“能量-时间纠缠”量子效应中获取灵感。他们并未生成量子光,而是利用经典激光系统再现了其抗噪声的关键特性。
在约155米的测量距离上,该系统对校园内皇后大楼与威尔斯纪念大楼间距的测量精度优于0.1毫米,且不受变化的光照和天气条件影响。测量所用激光功率低于普通激光笔,耗时仅十分之一秒。
通过光纤和电子调制器对激光脉冲进行整形与快速色彩切换,研究人员制造出具有工程化关联特征的信号,这些信号在抑制背景噪声时表现出与量子信号相似的特性。关键的是,这些信号的亮度比典型量子光源强数百万倍。
论文第一作者、布里斯托大学电气电子与机械工程学院研究员Weije Nie博士和John Rarity教授表示:“这项工作解答了量子传感领域长期存在的疑问——量子实验中观察到的优势能否通过更实用的技术复现。”
“我们的结果表明,强大的噪声抑制并不一定需要真正的量子纠缠。经过精心设计的经典关联特征既能提供诸多相同实用优势,又具备可扩展性和鲁棒性。”
该团队通过在400米以上距离测量皇后大楼与附近卡博特塔之间的距离,进一步验证了其方法的有效性。所有实验均在完全日光照射和变化天气条件下进行,证明该系统能在非受控实验室环境中可靠运行。
合著者、物理学院量子技术副教授Alex Clark博士补充道:“我校在量子科技领域有着悠久的突破传统,能在历史建筑上测试新技术非常契合这种传承。”
“下一步研究将扩展系统有效工作范围,并通过集成光子器件实现光纤系统的小型化以提升部署便利性。”


