來(lái)自中國(guó)科大的消息顯示，近日，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國(guó)勇研究組與香港中文大學(xué)袁海東教授在多參數(shù)量子精密測(cè)量研究中取得重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，完全解決了量子比特幺正演化算法中三個(gè)參數(shù)之間的精度制衡問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)參數(shù)同時(shí)達(dá)到海森堡極限的最優(yōu)測(cè)量。
關(guān)于單參數(shù)與多參數(shù)量子精密測(cè)量，多參數(shù)比單參數(shù)要復(fù)雜很多，其每個(gè)參數(shù)的最優(yōu)測(cè)量方案一般不兼容，參數(shù)之間存在精度制衡。如何減少參數(shù)之間的精度制衡以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)最優(yōu)測(cè)量，是多參數(shù)量子精密測(cè)量的最重要問(wèn)題之一。
據(jù)了解，項(xiàng)國(guó)勇等人近年來(lái)著力解決多參數(shù)量子精密測(cè)量中的精度制衡問(wèn)題：首先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)展了集體測(cè)量技術(shù)，減小了量子態(tài)測(cè)量和量子定向中的精度制衡問(wèn)題;其次徹底優(yōu)化了量子糾纏探針態(tài)，獲得了磁場(chǎng)矢量測(cè)量的最小精度制衡。
為完全消除參數(shù)之間的精度制衡，項(xiàng)國(guó)勇等人將單參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的控制增強(qiáng)的次序測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展到多參數(shù)測(cè)量中，通過(guò)調(diào)控量子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)演化，完全解決了量子比特幺正演化算法中三個(gè)參數(shù)之間的精度制衡問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)參數(shù)同時(shí)達(dá)到海森堡極限的最優(yōu)測(cè)量，精度比經(jīng)典方法提高了 13.27dB。
量子比特幺正演化算符的三個(gè)參數(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
基于這一實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)國(guó)勇等人成功把多參數(shù)量子精密測(cè)量和海森堡不確定性關(guān)系結(jié)合起來(lái)，揭示了多個(gè)參數(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)測(cè)量的物理本質(zhì)是多個(gè)不確定性關(guān)系能夠同時(shí)達(dá)到，這對(duì)量子精密測(cè)量和不確定性關(guān)系兩個(gè)領(lǐng)域的交叉發(fā)展具有重要意義。
除此之外，該工作測(cè)量的量子比特幺正演化算符在實(shí)際測(cè)量問(wèn)題中具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值，可用于描述三維磁場(chǎng)矢量測(cè)量和陀螺儀等眾多實(shí)際多參數(shù)測(cè)量問(wèn)題的演化過(guò)程。
中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員侯志博和博士研究生唐俊峰為論文共同第一作者，通訊作者為我校項(xiàng)國(guó)勇教授和香港中文大學(xué)袁海東教授。該項(xiàng)研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的支持。
附：中國(guó)科大達(dá)到海森堡極限的量子精密測(cè)量成果(截至目前)
1. 量子弱測(cè)量方法 -- 單光子克爾效應(yīng)測(cè)量。國(guó)際上首個(gè)在實(shí)際測(cè)量任務(wù)中達(dá)到海森堡極限精度的工作，中國(guó)科大首次實(shí)現(xiàn)海森堡極限的量子精密測(cè)量。研究成果 2018 年 1 月 8 日在《自然 · 通訊》上發(fā)表。
(論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-02487-z)
2. 量子弱測(cè)量方法的優(yōu)化。把單光子克爾效應(yīng)測(cè)量精度再次提升接近一個(gè)量級(jí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果首次逼近了最優(yōu)海森堡極限。研究成果于 2018 年 8 月 8 日在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
(論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.060506)
3. 一般非對(duì)易信道參數(shù)測(cè)量。在一般非對(duì)易信道參數(shù)測(cè)量中，通過(guò)量子控制主動(dòng)調(diào)控非對(duì)易的量子信道。研究成果于 2019 年 7 月 26 日在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
(論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.040501)
4. 糾纏態(tài)測(cè)量。可快速檢驗(yàn)出實(shí)際制備的多體糾纏態(tài)相對(duì)于目標(biāo)糾纏態(tài)的保真度，測(cè)量精度達(dá)到海森堡極限，更重要的是該方法所需測(cè)試樣本數(shù)不會(huì)隨著糾纏態(tài)規(guī)模增大而增加。研究成果于 2020 年 7 月 17 日在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
(論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.030506)
5. 單光子源量子精密測(cè)量。中國(guó)科大在基于單光子源的量子精密測(cè)量方面取得重要進(jìn)展，研究成果以 “編輯推薦”形式于 2020 年近日在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。同時(shí)，美國(guó)物理學(xué)會(huì) Physics 網(wǎng)站以 “面向完美的單光子源”(Toward a Perfect Single-Photon Source)為題專門(mén)對(duì)該工作做了高亮報(bào)道。
(論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.153601)
6. 分布式量子精密測(cè)量。該成果于 11 月 30 日在《自然 · 光子學(xué)》上在線發(fā)表。
(論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-020-00718-2)
7. 多參數(shù)量子精密測(cè)量。通過(guò)調(diào)控量子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)演化，完全解決了量子比特幺正演化算法中三個(gè)參數(shù)之間的精度制衡問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)參數(shù)同時(shí)達(dá)到海森堡極限的最優(yōu)測(cè)量，精度比經(jīng)典方法提高了 13.27dB。該研究成果 2021 年 1 月 1 日在線發(fā)表在國(guó)際知名期刊《科學(xué) · 進(jìn)展》上。
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