中国科大等实现海森堡极限精度的一般信道参数测量

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  中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子精密测量研究中取得新进展。该团队李传锋、项国勇研究组与香港中文大学教授袁海东在一般非对易信道参数测量中,通过量子控制主动调控非对易的量子信道,国际首次以海森堡精度实现一般非对易信道参数的测量。该研究成果于7月26日在线发表在国际期刊《物理评论快报》上。

  精密测量是科学与技术发展的主要驱动力。当前,传统精密测量技术中最先进的激光干涉引力波天文台(LIGO)可能达到了传统法子的精度极限,受到了标准量子精度极限(也称散粒噪声极限)的限制。新一代量子精密测量技术可不可以 打破传统法子中的散粒噪声限制,可不可以 达到海森堡精度极限。目前一种生活量子精密测量技术可能在最简单对易信道(参数取不同值时对易的信道称为对易信道)条件下的光学相位测量实验中成功实现。而且,实际测量任务中,信道对易的条件一般不必说满足,非对易信道(参数取不同值时不对易的信道)无处什么都没有,类似于 物体方向测量、量子陀螺仪、量子门层析等。然而,非对易信道的量子精密测量具有迥异于对易信道测量的特点,类似于 量子精密测量的直接顺序测量法子可不可以 在对易信道中达到海森堡精度极限,而且在非对易信道中的精度甚至达不到传统法子中的散粒噪声精度极限。

  项国勇等人在实验中通过引入量子控制把非对易的量子信道调控为对易量子信道,在国际上首次实现对一般非对易信道参数测量中达到海森堡精度极限。然而这里的最优控制一般需用自适应更新得到,亲戚亲戚朋友从理论上找到了最优自适应不必更新的特殊时间点,这进一步提高了实验的扩展性,在光学体系下成功完成了八次控制增强的顺序测量,实验精度趋于海森堡精度极限。此外,亲戚亲戚朋友还找到了一种生活法子的直观物理图像,揭示了顺序测量中每份资源中的有效信息是怎样相干积累的,取舍了量子控制在调控一种生活有效信息相干相长积累过程中的作用。

  相比于可是测量对易信道参数精密测量的实验工作,该工作为一般信道参数测量达到海森堡精度极限开辟了道路,也发展了利用量子控制调控量子信道从而提高量子精密测量精度的新方向。

  论文的第一作者为中科院量子信息重点实验室副研究员侯志博,通讯作者为项国勇和袁海东。该项研究得到科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的支持。



控制增强的次序测量示意图,物理几何图像以及次要实验结果