“超海森堡極限”與海森堡極限的 量子精密測量可同時實現

本文轉自【科技日報】；

科技日報訊 （記者吳長鋒）2月22日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作，在量子精密測量實驗中，首次實現了兩個參數同時分別達到“超海森堡極限”和海森堡極限的最優測量。研究成果日前在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》上，並被選作該期的封面文章。

精密測量的精度隨着消耗的資源增加而提高，數學上用T-k來描述，其中T為資源（如測量時間），k是評價不同測量方法優劣的最重要標準精度增長階數。在諸如相位估計、磁力儀和量子陀螺儀等眾多應用中，研究發現k在經典測量方法和量子測量方法中分別是0.5和1，分別被稱作散粒噪聲極限和海森堡極限。然而，存在多體相互作用或含時演化的情況下，人們發現k可以超越1，稱之為“超海森堡極限”。目前這三種不同的精度極限在單參數量子測量實驗中已經分別得以實現，但是海森堡不確定性關係是量子力學的根本限制，“超海森堡極限”是否真的是超海森堡仍存在爭議。

研究人員採用近年來着力發展的多參數量子精密測量平台，研究測量旋轉場的強度和頻率兩個參數中“超海森堡極限”和海森堡極限是否可以同時達到的問題。他們將控制增強的次序測量技術進一步發展到多參數含時演化的測量中，通過優化量子系統動力學演化各個部分，實現了兩個參數同時分別達到海森堡極限和“超海森堡極限”的最優測量，並闡明這兩種精度極限都遵從海森堡不確定性關係，都是最優的量子精度極限。

該項成果加強了量子精密測量與海森堡不確定性關係兩個領域的聯繫，促進了這兩個領域的交叉發展，並且在實際測量問題中具有重要潛在應用價值。《物理評論快報》相關審稿人認為“這是一個具有足夠的新穎性和價值的紮實的工作”。