来自中国科学技术大学的消息,中国科学技术大学郭光灿院士团队李传峰、向、香港中文大学教授实现了两个参数同时达到超级海森堡极限和海森堡极限,并在多参量量子精密测量研究中取得重要实验进展。
据报道,精密测量的精度会随着消耗资源的增加而增加,在数学上用T-k来描述,其中T是资源(如测量时间),K是评价不同测量方法优劣的最重要的标准精度增加顺序。在相位估计、磁强计、量子陀螺仪等许多应用中,发现经典测量方法和量子测量方法中k分别为0.5和1,分别称为散粒噪声极限和海森堡极限。但当存在多体相互作用或含时演化时,发现K可以超过1,这就叫超级海森堡极限。
目前,这三种不同的精度极限已分别在单参量量子测量实验中实现,但海森堡测不准关系是量子力学的根本极限,是否超级海森堡极限真的是超级海森堡还是有争议的。针对这一争议,向等人利用近年来发展起来的多参量量子精密测量平台研究了超级海森堡极限在测量旋转场的强度和频率时可以同时达到海森堡极限。
在研究过程中,向等人将增强控制的序贯测量技术进一步发展为多参数时变演化的测量。通过优化量子系统动态演化的各个部分,他们实现了达到海森堡极限和超级海森堡极限同时,分别阐明了这两个精度极限都服从海森堡测不准关系,都是最优的量子精度极限。
旋转场中强度B和频率W的测量精度分别提高了k=1和2,达到超级海森堡极限和海森堡极限。
研究成果于2021年2月18日发表在国际知名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)。该成果加强了量子精密测量与海森堡测不准关系之间的联系,促进了这两个领域的交叉发展,在实际测量问题中具有重要的潜在应用价值。
评论者认为多参数估计是量子计量学的一个重要问题,具有广泛的应用,我认为这是一个坚实的工作,具有足够的新颖性和价值,可以在PRL上发表。(多参数估计不仅是量子精密测量中的重要问题,而且有着广泛的应用。我觉得这是一部扎实的作品,有足够的新颖性和价值,可以在PRL上发表)
中国科学院量子信息重点实验室副研究员侯志波和本科生严敬(已毕业)是论文的合著者。通讯作者为我校向教授和香港中文大学教授。本研究得到了科技部、国家自然科学基金、中国科学院和教育部的资助。
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