中國科大在分布式量子精密測量方面取得重要進展
中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陳宇翱、徐飛虎等利用多光子量子糾纏在國際上首次實現(xiàn)分布式量子相位估計的實驗驗證,這為將來構建基于量子網(wǎng)絡的高精度量子傳感奠定基礎。該成果于11月30日在國際學術知名期刊《自然·光子學》上在線發(fā)表。 分布式傳感是一種可用于同時執(zhí)行遠程空間多個節(jié)點上精密測量任務的重要手段,在日常生活、科學研究和工程等領域有著廣泛的應用。例如,該項技術可用于橋梁、飛機等大型結構的應力場分布和溫度場分布的有效監(jiān)測。隨著量子技術的不斷發(fā)展,傳感技術也邁進了量子化時代。量子網(wǎng)絡作為量子信息和量子計算的重要組成,在執(zhí)行各類遠程多節(jié)點任務中起著重要作用。當對多個空間分布的參量進行測量時,分布式量子傳感能夠實現(xiàn)超越經(jīng)典統(tǒng)計極限的測量精度。然而,分布式量子傳感面對的一個重要問題是:如何選擇并制備能夠實現(xiàn)對多個參量最優(yōu)的測量精度的量子糾纏態(tài)。研究表明,對于某類分布式的最大糾纏態(tài),理論上能夠達到最優(yōu)測量精度,即海森堡極限。 研究團隊設計了最優(yōu)的測量方案,基于多光子量子糾纏,通過操縱六光子干涉儀,實驗演示了多個獨立的相移及其平均值測量。實驗結果顯示,利用分布式糾纏態(tài)進行測量,其精度可以超越經(jīng)典傳感器的理論極限。基于光子糾纏和相干性組合的方案,研究團隊進一步實驗演示了多個空間相移的線性組合測量(參數(shù)數(shù)量總個數(shù)達到21個),與僅利用粒子糾纏的方案對比,該組合式方案不僅能夠增加可測量參數(shù)數(shù)量,還能提高測量精度。 該項工作成功實現(xiàn)了多參量分布式量子傳感的原理性實驗驗證,評估了不同糾纏結構情況下的測量精度,驗證了糾纏結構對測量精度的增強效果,擴展了資源利用率和可測量的參量數(shù)量,朝分布式量子傳感的實際應用邁出了重要一步。《自然·光子學》雜志的審稿人對該工作給予高度評價,稱贊這是一項“重要的里程碑工作”(constitutes a significant milestone)。
中國科學技術大學
2021-02-01