量子设备通常被吹捧为要比经典设备性能更好，但它的影响似乎与我们的日常生活相去甚远。不过，研究人员现在展示了一种量子光学麦克风，听众说它产生的声音要比经典的麦克风更清晰。这种麦克风在特定的条件下(低音量和高噪音)具有更好的性能，但在其他条件下这种量子优势将不明显。尽管存在这一限制，但新的量子技术可能在其他地方被证明是有用的，如它们最终可用于改善生物样本的成像。

许多高精度的测量技术(例如引力波探测)依赖于测量干涉效应的干涉仪。利用成对的量子纠缠光子可减少此类测量中的随机波动(散粒噪声)，从而能提高测量的灵敏度。然而，一些常见的技术涉及测量纠缠对中的两个光子。这是一个缓慢的选择过程，会将测量速率限制在1Hz。如果你想使用纠缠光子来跟随快速动作(比如单个分子在生物细胞内的移动)，那么这个速度就太慢了。

德国斯图加特大学的Florian Kaiser及其同事想出了一种方法，可以将此类量子光学实验的测量速率提高1万倍。在他们的实验设置中，输入的激光首先会通过一个非线性晶体，这样能产生一束纠缠光子对，然后研究人员将其输入到干涉仪的两条路径(或臂)中。

为了避免必须测量干涉仪输出的两个光子，该团队添加了一个名为波长选择波片的光学组件，它可以旋转通过干涉仪一个臂的光的偏振。事实证明，这种简单的操作仅在一个光子中就编码了双光子的信息(一对光子的量子相位)。

一旦信息被转移到单个光子上，测量干涉信号就变得容易了：只需要计算两个输出端的光强差，这与经典干涉测量法中的方法相同。该团队表明，他们可以获得采样率高达100kHz、量子增强的信噪比测量。这个频率足以产生高质量的音频，这使研究人员能够在录音实验中演示他们的技术。Kaiser说：“我们想检查人类是否真的能听到量子改进。”

研究人员将他们的干涉仪变成了一个光学麦克风，通过把其中一面反射镜连接到一个薄膜上，该薄膜会随着声波振动。当反射镜来回移动时，它会改变其中一个干涉仪臂的长度，从而在到达探测器的光线中产生可观察到的变化。该团队在标准化的听力测试中使用了这种麦克风，用它记录了选定的单词并回放给一组人类听众听，他们被要求说出听到的这些单词。然后，他们还使用“经典”光学麦克风进行了类似的测试，这其中使用了相同的干涉仪，但没有任何的光子纠缠。测试者识别出量子麦克风记录的单词的成功率略高。

Kaiser说：“我们的麦克风在我们创造的人工环境中具有量子优势。”这种情况包括在录音期间调低音量，这样测量时的噪声相对于其他噪声贡献会更高。Kaiser将噪音水平与赛车手和维修站工作人员之间的乱码传输进行了比较，其中只有大约一半的单词被正确理解。

但即使新的量子技术不会彻底改变录音领域，它也可能有利于其他类型的测量，例如生物成像。Kaiser解释说，大多数细胞的行为表现异常，或者会在强光的照射下受损。利用这种纠缠方案的量子显微镜可以通过使用更少的光子来提高高分辨率成像技术。

法国尼斯索菲亚安提波利斯大学的量子光学专家Laurent Labonté说：“在开发实用传感器的背景下，这项新工作通过使用表现出纠缠的光的量子态优雅地展示了‘量子优势’。”

俄亥俄州代顿大学的Bill Plick说：“这是对量子计量概念的一种非常新颖和巧妙的综合。虽然我不认为这项工作可以被称为‘对某种基本量子事物的感知’，但它确实为人们提供了一种了解量子效应并看到它们可以产生可识别的影响的方法。这真的很酷！”（编译:Qtech）