中國科大同時實現「超海森堡極限」與海森堡極限的量子精密測量

2021-02-25 上海科技成果轉化促進會

中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在多參數量子精密測量研究中取得重要實驗進展。該團隊教授李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學教授袁海東在量子精密測量實驗中，首次實現了兩個參數同時分別達到「超海森堡極限」和海森堡極限的最優測量。2月18日，相關研究成果在線發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，並被選作該期的封面文章。精密測量的精度隨著消耗的資源增加而提高，數學上用T-k來描述，其中T為資源（如測量時間），k是評價不同測量方法優劣的最重要標準精度增長階數。在諸如相位估計、磁力儀和量子陀螺儀等眾多應用中，研究發現k在經典測量方法和量子測量方法中分別是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演化的時候，人們發現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量子測量實驗中已分別得以實現，但海森堡不確定性關係是量子力學的根本限制，「超海森堡極限」是否真的是超海森堡仍存在爭議。項國勇等採用近年來著力發展的多參數量子精密測量平臺[Nat. Commun. 9,1(2018)；PRL 124,060502(2020)；PRL 125,020501(2020)]，研究測量旋轉場的強度和頻率兩個參數中「超海森堡極限」和海森堡極限是否可以同時達到的問題。項國勇等將控制增強的次序測量技術[PRL 123,040501(2019)；Sci.Adv.7(1), eabd2986(2021)]進一步發展到多參數含時演化的測量中，通過優化量子系統動力學演化各個部分，實現了兩個參數同時分別達到海森堡極限和「超海森堡極限」的最優測量，並闡明這兩種精度極限都遵從海森堡不確定性關係，均是最優的量子精度極限。該研究加強了量子精密測量與海森堡不確定性關係兩個領域的聯繫，促進了這兩個領域的交叉發展，並在實際測量問題中具有重要潛在應用價值。審稿人認為，「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.（多參數估計不僅是量子精密測量的重要問題，而且有著廣泛的應用。我認為這是一個具有足夠的新穎性和價值的紮實的工作，值得在PRL發表）」。中科院量子信息重點實驗室副研究員侯志博、本科生金言（已畢業）為論文共同第一作者，項國勇、袁海東為論文通訊作者。研究工作得到科技部、國家自然科學基金委員會、中科院和教育部的支持。論文連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.070503

旋轉場中的強度B和頻率w測量精度增長階數分別為k=1和2，同時達到「超海森堡極限」和海森堡極限

相關焦點

  • 【科大新聞】中國科大同時實現「超海森堡極限」與海森堡極限的量子精密測量
    精密測量的精度隨著消耗的資源增加而提高，數學上用T-k來描述，其中T為資源（如測量時間），k是評價不同測量方法優劣的最重要標準精度增長階數。在諸如相位估計、磁力儀和量子陀螺儀等眾多應用中，研究發現k在經典測量方法和量子測量方法中分別是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演化的時候，人們發現k可以超越1，稱之為「超海森堡極限」。
  • 中國科大項國勇教授與香港中文大學袁海東教授Phys. Rev. Lett.:同時實現「超海森堡極限」與海森堡極限的量子精密測量
    中國科大郭光燦院士團隊在多參數量子精密測量研究中取得重要實驗進展。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精密測量實驗中，首次實現了兩個參數同時分別達到「超海森堡極限」和海森堡極限的最優測量。該研究成果2021年於2月18日在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，並被選作該期的封面文章。
  • 中科大郭光燦院士團隊實現量子精密測量新突破
    2月23日從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊在多參數量子精密測量研究中取得重要實驗進展。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精密測量實驗中，首次實現了兩個參數同時分別達到「超海森堡極限」和海森堡極限的最優測量。該研究成果2021年於2月18日在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，並被選作該期的封面文章。
  • 中國科大多參數量子精密測量獲得重要進展:達到海森堡極限最優測量
    來自中國科大的消息顯示，近日，中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授在多參數量子精密測量研究中取得重要實驗進展，完全解決了量子比特么正演化算法中三個參數之間的精度制衡問題，實現了三個參數同時達到海森堡極限的最優測量。
  • 我科學家實現三參數同時達到海森堡極限的量子精密測量
    記者中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作，在量子精密測量實驗中同時實現三個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。該成果1月1日在線發表於《科學進展》上。
  • 【中國科技網】我科學家實現三參數同時達到海森堡極限的量子精密...
    【中國科技網】我科學家實現三參數同時達到海森堡極限的量子精密測量 記者中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作
  • 【中國科學報】中國科大等實現多參數同時最優量子精密測量
    中國科學技術大學郭光燦團隊的李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學教授袁海東合作，在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。相關成果近日在線發表於《科學進展》。　　多參數量子精密測量中，每個參數的最優測量方案一般不兼容，參數之間存在精度制衡。
  • 華中科大提出量子傳感新方法 為突破海森堡極限測量精度提供可能
    量子科學與技術是二十一世紀的重要研究領域，引領著物質科學和信息技術的巨大變革。量子傳感與精密測量作為量子信息領域的重點研究方向之一，在現實世界有著極富前景的應用。如何利用量子資源突破標準量子極限測量精度是這一研究方向的關鍵科學問題。
  • 中國科大在分布式量子精密測量方面取得重要進展
    據了解，分布式傳感是一種可用於同時執行遠程空間多個節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測。隨著量子技術的不斷發展，傳感技術也邁進了量子化時代。量子網絡作為量子信息和量子計算的重要組成，在執行各類遠程多節點任務中起著重要作用。
  • 科大量子精密測量取得重要進展
    10月20日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽等與國外學者合作，在同時具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強度壓縮。這是自從2000年實現量子點單光子源後，科學家通過20年的努力首次在該體系直接觀測到強度壓縮，為基於單光子源的量子精密測量奠定了基礎。
  • 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分布式量子相位估計的實驗驗證，這為將來構建基於量子網絡的高精度量子傳感奠定基礎。分布式傳感是一種可用於同時執行遠程空間多個節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，該項技術可用於橋梁、飛機等大型結構的應力場分布和溫度場分布的有效監測。隨著量子技術的不斷發展，傳感技術也邁進了量子化時代。量子網絡作為量子信息和量子計算的重要組成，在執行各類遠程多節點任務中起著重要作用。
  • 中科大在量子精密測量領域獲重要進展
    本報合肥1月4日電 （記者徐靖）近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作，在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。該成果1月1日在線發表於《科學進展》。 單參數量子精密測量是量子精密測量中最簡單的問題，近年來在引力波探測等問題中有了重要應用。
  • 華中科大提出一種量子臨界動力學增強的量子傳感新方法
    量子科學與技術是二十一世紀的重要研究領域，引領著物質科學和信息技術的巨大變革。量子傳感與精密測量作為量子信息領域的重點研究方向之一，在現實世界有著極富前景的應用。如何利用量子資源突破標準量子極限測量精度是這一研究方向的關鍵科學問題。
  • 中國科大量子精密測量取得重要進展
    這是自從2000年實現量子點單光子源後，科學家通過20年的努力首次在該體系直接觀測到強度壓縮，為基於單光子源的量子精密測量奠定了基礎。論文以「編輯推薦」形式近日發表於《物理評論快報》。據介紹，單光子源是光量子信息技術中的關鍵器件，不僅可以應用於量子通信、量子計算，同時也是量子精密測量的重要資源。量子精密測量中的一個重要方向是減少由於探測有限粒子而引起的統計漲落——散粒噪聲，而壓縮態就是壓制散粒噪聲的一種量子資源。
  • 完美單光子源「助力」量子精密測量
    、陸朝陽等與美國普林斯頓大學、德國維爾茲堡大學等科學家合作，在同時具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強度壓縮，為基於單光子源的量子精密測量奠定了基礎。量子信息科學的發展，為精密測量技術提供了新的物理資源。單光子源是光量子信息技術中的關鍵器件，不僅可以應用於量子通信、量子計算，也是量子精密測量的重要資源。
  • 【解放軍報】我國科學家研究量子精密測量獲重要進展
    新華社合肥1月5日電 （記者徐海濤）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作，近期在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。國際知名學術期刊《科學·進展》日前發表了該成果。
  • 測量精度提高13.27分貝!我國科學家研究量子精密測量獲重要進展
    記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學袁海東教授合作，近期在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。國際知名學術期刊《科學·進展》日前發表了該成果。
  • 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
    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。該研究成果於7月8日在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。
  • 完美單光子源「助力」量子精密測量—新聞—科學網
    中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等與美國普林斯頓大學、德國維爾茲堡大學等科學家合作，在同時具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強度壓縮，為基於單光子源的量子精密測量奠定了基礎
  • 我國量子科技又一突破！分布式量子精密測量取得重大進展
    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分布式量子相位估計的實驗驗證，這為將來構建基於量子網絡的高精度量子傳感奠定基礎。該成果於11月30日在國際學術知名期刊《自然·光子學》上在線發表。