1月4日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，近日，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、項(xiàng)國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)測量。
關(guān)于單參數(shù)與多參數(shù)量子精密測量，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)測量，是多參數(shù)量子精密測量的最重要問題之一。
據(jù)了解，項(xiàng)國勇等人近年來著力解決多參數(shù)量子精密測量中的精度制衡問題：首先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)展了集體測量技術(shù)，減小了量子態(tài)測量和量子定向中的精度制衡問題；其次徹底優(yōu)化了量子糾纏探針態(tài)，獲得了磁場矢量測量的最小精度制衡。
為完全消除參數(shù)之間的精度制衡，項(xiàng)國勇等人將單參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)中的控制增強(qiáng)的次序測量技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展到多參數(shù)測量中，通過調(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)國勇等人成功把多參數(shù)量子精密測量和海森堡不確定性關(guān)系結(jié)合起來，揭示了多個(gè)參數(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)測量的物理本質(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，該工作測量的量子比特幺正演化算符在實(shí)際測量問題中具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值，可用于描述三維磁場矢量測量和陀螺儀等眾多實(shí)際多參數(shù)測量問題的演化過程。
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、國家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的支持。
附：中國科大達(dá)到海森堡極限的量子精密測量成果（截至目前）
1.量子弱測量方法--單光子克爾效應(yīng)測量。國際上首個(gè)在實(shí)際測量任務(wù)中達(dá)到海森堡極限精度的工作，中國科大首次實(shí)現(xiàn)海森堡極限的量子精密測量。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. 量子弱測量方法的優(yōu)化。把單光子克爾效應(yīng)測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)測量。在一般非對(duì)易信道參數(shù)測量中，通過量子控制主動(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，測量精度達(dá)到海森堡極限，更重要的是該方法所需測試樣本數(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量。中國科大在基于單光子源的量子精密測量方面取得重要進(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)量子精密測量。通過調(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)表在國際知名期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。
（論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/1/eabd2986）
注：文中所述信息均從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)新聞網(wǎng)整理編輯。
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