中國科大實現(xiàn)噪聲適應(yīng)的量子精密測量
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊在量子相干和量子精密測量研究中取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊李傳鋒、黃運(yùn)鋒研究組與英國合作者在線性光學(xué)系統(tǒng)中實驗驗證了糾纏態(tài)的相干性對橫向噪聲的適應(yīng)性,并進(jìn)一步驗證在橫向噪聲中糾纏態(tài)探針的量子測量精度仍可超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限。該項研究成果11月1日發(fā)表在國際物理學(xué)期刊《物理評論快報》上! 量子信息技術(shù)通過對量子態(tài)的操控實現(xiàn)信息的安全傳輸和存儲、高效獲取和運(yùn)算等,然而量子系統(tǒng)不可避免地會與環(huán)境相互作用而引入噪聲,導(dǎo)致量子態(tài)非常脆弱。如何抵抗噪聲是目前可擴(kuò)展量子信息技術(shù)的核心問題之一。主動反饋和量子糾錯是很有前景的方案,但是過多的資源消耗使它們目前還難以實現(xiàn)。還有一種高效且方便的途徑是被動噪聲控制,它可以通過巧妙地利用量子態(tài)對特定噪聲的適應(yīng)性來實現(xiàn)。 李傳鋒、黃運(yùn)鋒等人采用高效可控的線性光學(xué)系統(tǒng)研究了糾纏態(tài)的量子相干性和精密測量對橫向噪聲(噪聲和探針工作方向相垂直)的適應(yīng)性。研究組首先驗證了四光子GHZ糾纏態(tài)在橫向噪聲下相干性的凍結(jié)現(xiàn)象,同時還觀測到GHZ糾纏態(tài)在噪聲中演化時量子Fisher信息量也保持不變,這意味著將其應(yīng)用于參數(shù)估計時測量精度將不會隨噪聲增加而衰減。研究組進(jìn)一步考慮更實際的情況,將噪聲與信號同時作用在探針上,結(jié)果表明即使噪聲強(qiáng)度與信號相同,實驗中制備出的多光子GHZ糾纏態(tài)探針在光子數(shù)達(dá)到6時仍可超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限(經(jīng)典物理系統(tǒng)所能達(dá)到的極限),展示了噪聲適應(yīng)的量子精密測量方案的優(yōu)越性。當(dāng)然實驗結(jié)果也證實在噪聲平行的情況下,GHZ糾纏態(tài)探針將不會展現(xiàn)任何量子優(yōu)勢。 該項工作展示了被動噪聲控制的可行性,在抗噪聲量子精密測量的研究中邁出重要一步,有助于設(shè)計出更高效的抗噪聲方案。 噪聲適應(yīng)的量子精密測量實驗裝置圖和實驗結(jié)果圖。結(jié)果展示測量精度超越了標(biāo)準(zhǔn)量子極限(SQL)。 |