科學家發(fā)現(xiàn)，一種稱為“量子負性”的物理性質(zhì)可用于對從分子距離到引力波的所有事物進行更精確的測量。

來自劍橋大學，哈佛大學和麻省理工學院的研究人員表明，量子粒子可以攜帶與其相互作用的事物的無限量的信息。結果發(fā)表在《自然通訊》雜志上，可以實現(xiàn)更精確的測量并支持新技術，例如超精密顯微鏡和量子計算機。

計量學是估計和測量的科學。如果您今天早上稱重自己，那么您已經(jīng)完成了計量工作。就像預期量子計算將徹底改變復雜計算的方式一樣，利用亞原子粒子的奇怪行為，量子計量學可能會改變我們測量事物的方式。

我們習慣于處理從0%(從未發(fā)生)到100%(總是發(fā)生)的概率。但是，為了解釋來自量子世界的結果，概率的概念需要擴展到包括所謂的準概率，它可能是負的。這種準概率可以用一種直觀的數(shù)學語言來解釋量子概念，例如愛因斯坦的“遠處的怪異動作”和波粒對偶。例如，原子在某個位置并以特定速度行進的概率可能是負數(shù)，例如-5%。

解釋需要負概率的實驗被稱為具有“量子負性”?？茖W家現(xiàn)在已經(jīng)表明，這種量子負性可以幫助進行更精確的測量。

所有度量衡都需要探針，探針可以是簡單的秤或溫度計。但是，在最新的計量學中，探針是量子粒子，可以在亞原子水平上進行控制。使這些量子粒子與被測物相互作用。然后通過檢測裝置分析顆粒。

從理論上講，探測粒子的數(shù)量越多，檢測設備就可以獲得更多的信息。但是實際上，檢測設備可以分析顆粒的速率是有上限的。在日常生活中也是如此：戴上太陽鏡可以濾除多余的光線并改善視力。但是濾鏡可以改善我們的視力是有限度的-太黑的太陽鏡有害。

劍橋大學卡文迪許實驗室的戴維·阿維森松-舒克博士和薩拉·伍德海德研究員薩拉·伍德海德(Sarah Woodhead Fellow)格爾頓學院。“這意味著檢測設備可以在接收到更高速率對應的信息的同時以理想的流入速率運行。根據(jù)正態(tài)概率理論，這是禁止的，但是量子負性使之成為可能。”

多倫多大學的一個實驗小組已經(jīng)開始建立使用這些新理論結果的技術。他們的目標是創(chuàng)建一種量子器件，該器件使用單光子激光來提供難以置信的光學組件精確測量。這種測量對于創(chuàng)建先進的新技術(例如光子量子計算機)至關重要。

Arvidsson-Shukur說：“我們的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了在現(xiàn)實應用中使用基本量子現(xiàn)象的令人興奮的新方法。”

量子計量可以改善對物體的測量，包括距離，角度，溫度和磁場。這些更精確的測量結果可以帶來更好，更快的技術，也可以提供更好的資源來探究基礎物理學并增進我們對宇宙的理解。例如，許多技術都依賴于組件的精確對準或感應電場或磁場中微小變化的能力。對準鏡子的更高精度可以使用更精確的顯微鏡或望遠鏡，而更好的測量地球磁場的方法可以帶來更好的導航工具。

目前，在諾貝爾獎獲得者的LIGO漢福德天文臺，量子計量學可用于提高重力波的檢測精度。但是對于大多數(shù)應用而言，量子計量技術過于昂貴，并且無法通過當前技術實現(xiàn)。新發(fā)表的結果提供了一種更便宜的量子計量方法。

合著者之一Aleksander Lasek說：“科學家經(jīng)常說'沒有免費的午餐之類的東西'，這意味著如果您不愿支付計算費用，您將一無所獲。” 卡文迪許實驗室的候選人。“但是，在量子計量學中，這個價格可以任意降低。這是非常違反直覺的，而且確實是驚人的!”

哈佛大學ITAMP博士后研究員，合著者Nicole Yunger Halpern博士說：“日常乘換乘法：六乘七等于七乘六乘以六。量子論涉及不可乘的乘積。缺少換向使我們能夠改進計量學使用量子物理學。

“量子物理學增強了計量，計算，密碼學等功能;但是嚴格地證明了這一點很困難。我們證明了量子物理學使我們能夠從實驗中提取比傳統(tǒng)物理學更多的信息。證明的關鍵是概率的量子形式：類似于概率但可以采用負和非實數(shù)值的數(shù)學對象。”