• 中國科大找到量子磁力儀測量磁場矢量的最終理論精度極限

    發布時間:2020-07-13來源:中國科大新聞網

    我校郭光燦院士團隊在量子精密測量研究中取得重要理論進展。該團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授在量子磁力儀同時測量磁場矢量三個分量的平行糾纏方案中,找到了平衡不同參數測量精度間的最小制衡方法,首次給出同時測量磁場矢量三分量的最終理論精度極限。該研究成果于7月8日在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

    量子磁力儀研究磁場測量的最高精度,是量子精密測量的一個重要應用。在數十年研究中,人們已經能夠通過采用糾纏等量子資源在磁場單個分量測量中達到最高精度。但是磁場是一個矢量,有三個分量,不同磁場分量的最優量子測量方案一般不同,在同時測量磁場矢量的三個分量時,不同參數的測量精度之間會有制衡。如何平衡不同磁場分量之間的精度制衡,磁場矢量測量的最終精度極限在哪里,是否能達到,如何達到,這些都是量子精密測量理論中亟待解決的問題。

    項國勇等人發現這種精度制衡源于最優探針態之間的不兼容性,并且巧妙的將磁場三個分量的測量精度與探針態的不兼容性建立聯系。最終項國勇等人找到了一種平衡不同磁場分量精度制衡的方法,得到了磁場矢量測量的最終理論精度極限。此外,項國勇等人進一步證明了這個精度極限可以達到,并且構造出了所需的最優量子探針態和最優量子測量。

    量子磁力儀對磁場矢量三個分量同時測量的最終精度極限。

    相比于之前量子磁力儀集中研究測量單個磁場分量,該工作回答了磁場矢量三個分量同時測量的最終精度極限,并且發現了不同磁場分量精度制衡的底層物理是源自于量子探針態的不兼容性。該工作不僅解決了磁場矢量測量的最終精度極限問題,也提供了一套解決其他多參數量子精密測量問題的新方法。

    論文的第一作者為中科院量子信息重點實驗室副研究員侯志博和香港中文大學陳洪震和劉力強,通訊作者為我校項國勇教授和香港中文大學袁海東教授。該項研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院、教育部和安徽省的支持。

    論文鏈接:

    https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.020501


    (中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部)

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