中國科大首次實驗實現噪聲適應的量子精密測量

發稿時間:2019-11-07瀏覽次數:10

我校郭光燦院士團隊在量子相干和量子精密測量的研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、黃運鋒研究組與英國合作者在線性光學系統中實驗驗證了糾纏態的相干性對橫向噪聲的適應性,并進一步驗證在橫向噪聲中糾纏態探針的量子測量精度仍可超越標準量子極限該項研究成果2019111日發表在國際權威物理學期刊《物理評論快報》上。

量子信息技術通過對量子態的操控實現信息的安全傳輸和存儲,高效獲取和運算等,然而量子系統不可避免的會與環境相互作用而引入噪聲,導致量子態非常脆弱。如何抵抗噪聲是目前可擴展量子信息技術的核心問題之一。主動反饋和量子糾錯是很有前景的方案,但是過多的資源消耗使它們目前還難以實現。還有一種高效且方便的途徑是被動噪聲控制,它可以通過巧妙地利用量子態對特定噪聲的適應性來實現。

李傳鋒、黃運鋒等人采用高效可控的線性光學系統研究了糾纏態的量子相干性和精密測量對橫向噪聲(噪聲和探針工作方向相垂直)的適應性。研究組首先驗證了四光子GHZ糾纏態在橫向噪聲下相干性的凍結現象,同時還觀測到GHZ糾纏態在噪聲中演化時量子Fisher信息量也保持不變,這意味著將其應用于參數估計時測量精度將不會隨噪聲增加而衰減。研究組進一步考慮更實際的情況,將噪聲與信號同時作用在探針上,結果表明即使噪聲強度與信號相同,實驗中制備出的多光子GHZ糾纏態探針在光子數達到6時仍可超越標準量子極限(經典物理系統所能達到的極限),展示了噪聲適應的量子精密測量方案的優越性。當然實驗結果也證實在噪聲平行的情況下,GHZ糾纏態探針將不會展現任何量子優勢。

該項工作展示了被動噪聲控制的可行性,在抗噪聲量子精密測量的研究中邁出重要一步,有助于設計出更高效的抗噪聲方案。

論文的第一作者為中科院量子信息重點實驗室特任副研究員張超博士。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學院、安徽省和量子信息與量子科技前沿協同創新中心的的支持。

噪聲適應的量子精密測量實驗裝置圖和實驗結果圖。結果展示測量精度超越了標準量子極限(SQL)。

論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.180504


(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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