編者按：本文來源於「之江實驗室」，作者 ，原標題《之江實驗室在量子傳感合作研究中取得重要進展》，36氪經授權轉載。
近日，之江實驗室博士後研究員俞上等人與中國科學技術大學合作，在基於宇稱-時間對稱的量子傳感器研究中取得重大成果，並以「Experimental Investigation of Quantum -Enhanced Sensor」為題，在國際知名期刊《物理評論快報》（Physics Review Letters）上發表文章。
空間和時間是人類文明中最古老的概念之一。在我國古代就有「上下四方曰宇，往古來今曰宙」之說，這其中所說的「宇」和「宙」便指的是空間和時間。在物理世界中，宇稱-時間對稱系統所表示的就是這樣一類滿足經「空間對稱」和「時間反演」而保持性質和特徵不變的物理系統。
近年來，這種滿足宇稱-時間對稱的系統將量子力學擴展到了一個更為複雜的領域。在此次發布的研究成果中，俞上和研究組成員在光子系統中利用弱測量方法構造了一個量子宇稱-時間對稱系統。這套方法可以利用弱值直接測量包括實部和虛部在內的全部宇稱-時間對稱系統能譜，並可以有效地從系統的非破缺區域過渡到破缺區域。基於這樣的接近破缺區域的能力，該研究組首次構造了一種全量子的宇稱-時間增強型傳感器，並研究了其中與提高靈敏度的最佳條件相關的各種特性。
實驗結果表明，將宇稱-時間對稱系統的工作條件設置在奇異點（區分宇稱-時間對稱系統破缺與非破缺區域的零界點），這種量子傳感器的靈敏度相較於傳統的厄米傳感器可以提高8.86倍。同時，通過分別檢測能量分裂的實部和虛部，還可以判定擾動的方向。除了光子系統之外，其他量子系統，比如一些單自旋系統，也可以用來構建量子宇稱-時間對稱系統，並構建量子傳感器。這些傳感器與傳統的工作在奇異點的傳感器相比，通常尺寸較小，因此，它們可以用於檢測單個或少數原子水平上的局部物理量，如單個分子的磁場。所以這項工作將為這種高靈敏度量子傳感器的設計提供指導。此外，基於我們實驗的量子性質，可以在宇稱-時間對稱增強型傳感器中引入糾纏或其他量子資源，這將有助於進一步提高該種傳感器的性能，特別是靈敏度。
審稿人對該工作給予了高度評價：「The experiment is very interesting and highly relevant. A very high impact to the field of non-Hermitian physics and PT-symmetry can be expected。This is a major step forward since a true quantum sensor operated at an EP is shown to work. This is definitely of broad interest。」（這是一個非常有趣且有意義的實驗，對非厄米物理和宇稱-時間對稱性領域有著非常大的影響。這是一個重大的進步，因為這個工作證實了一個工作在破缺點的真正量子傳感器是可以實現的。這無疑會引起大家廣泛的興趣。）
之江實驗室量子傳感中心研究員翟躍陽表示，這項工作對量子傳感中心的建設和發展有著積極的意義，「未來我們打算在基於SERF的原子慣性測量裝置中實現這種宇稱-時間對稱系統的模擬，希望該方法能提升目前的靈敏度指標，並將該套系統運用於極弱磁場、慣性等的超高靈敏度探測當中，進一步為慣性導航、電偶極矩EDM測量等的研發提供有力支撐。」
據了解，之江實驗室量子傳感研究中心博士後研究員俞上為該研究成果的第一作者。中國科學技術大學李傳鋒教授和唐建順教授為該項成果的通訊作者。
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