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中國科大同時(shí)實(shí)現(xiàn)“超海森堡極限”與海森堡極限的量子精密測(cè)量 精密測(cè)量的精度隨著消耗的資源增加而提高，數(shù)學(xué)上用T-k來描述，其中T為資源（如測(cè)量時(shí)間），k是評(píng)價(jià)不同測(cè)量方法優(yōu)劣的最重要標(biāo)準(zhǔn)精度增長(zhǎng)階數(shù)。在諸如相位估計(jì)、磁力儀和量子陀螺儀等眾多應(yīng)用中，研究發(fā)現(xiàn)k在經(jīng)典測(cè)量方法和量子測(cè)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(shí)演化的時(shí)候，人們發(fā)現(xiàn)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(shù)量子測(cè)量實(shí)驗(yàn)中已分別得以實(shí)現(xiàn)，但海森堡不確定性關(guān)系是量子力學(xué)的根本限制，“超海森堡極限”是否真的是超海森堡仍存在爭(zhēng)議。  旋轉(zhuǎn)場(chǎng)中的強(qiáng)度B和頻率w測(cè)量精度增長(zhǎng)階數(shù)分別為k=1和2，同時(shí)達(dá)到“超海森堡極限”和海森堡極限 項(xiàng)國勇等采用近年來著力發(fā)展的多參數(shù)量子精密測(cè)量平臺(tái)[Nat. Commun. 9,1(2018)；PRL 124,060502(2020)；PRL 125,020501(2020)]，研究測(cè)量旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率兩個(gè)參數(shù)中“超海森堡極限”和海森堡極限是否可以同時(shí)達(dá)到的問題。項(xiàng)國勇等將控制增強(qiáng)的次序測(cè)量技術(shù)[PRL 123,040501(2019)；Sci.Adv.7(1), eabd2986(2021)]進(jìn)一步發(fā)展到多參數(shù)含時(shí)演化的測(cè)量中，通過優(yōu)化量子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)演化各個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)參數(shù)同時(shí)分別達(dá)到海森堡極限和“超海森堡極限”的最優(yōu)測(cè)量，并闡明這兩種精度極限都遵從海森堡不確定性關(guān)系，均是最優(yōu)的量子精度極限。 該研究加強(qiáng)了量子精密測(cè)量與海森堡不確定性關(guān)系兩個(gè)領(lǐng)域的聯(lián)系，促進(jìn)了這兩個(gè)領(lǐng)域的交叉發(fā)展，并在實(shí)際測(cè)量問題中具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值。審稿人認(rèn)為，“Multiparameter estimation is an important problem for quantum metrology that has a wide range of applications, and I think this is a solid piece of work that is of sufficient novelty and merit to be published in PRL.（多參數(shù)估計(jì)不僅是量子精密測(cè)量的重要問題，而且有著廣泛的應(yīng)用。我認(rèn)為這是一個(gè)具有足夠的新穎性和價(jià)值的扎實(shí)的工作，值得在PRL發(fā)表）”。 中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員侯志博、本科生金言（已畢業(yè)）為論文共同第一作者，項(xiàng)國勇、袁海東為論文通訊作者。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院和教育部的支持。 論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.070503 |
