海森堡极限与超海森堡极限同时实现

中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与香港中文大学教授袁海东在量子精密测量实验中,首次实现两个参数同时分别达到海森堡极限与超海森堡极限的最优测量。该成果2月18日在线发表于《物理评论快报》,并被选作该期封面文章。审稿人认为,这是一个具有足够新颖性和价值的扎实工作。

精密测量的精度随着消耗的资源增加而提高,数学上用T-k来描述,其中T为资源,k是评价不同测量方法优劣的最重要标准——精度增长阶数。在磁力仪和量子陀螺仪等众多应用中,k在经典测量方法和量子测量方法中分别是0.5和1,分别被称作散粒噪声极限和海森堡极限。然而,存在多体相互作用或含时演化的时候,人们发现k可以超越1,称之为超海森堡极限。目前,这3种不同精度极限在单参数量子测量实验中已分别实现,但海森堡不确定性关系是量子力学的根本限制,超海森堡极限是否真的是超海森堡仍存在争议。

项国勇等人采用近年来着力发展的多参数量子精密测量平台,将控制增强的次序测量技术,进一步发展到多参数含时演化的测量中,通过优化量子系统动力学演化各个部分,实现两个参数同时分别达到海森堡极限与超海森堡极限的最优测量,并阐明这两种精度极限都遵从海森堡不确定性关系,都是最优的量子精度极限。

该成果加强了量子精密测量与海森堡不确定性关系的联系,促进了两个领域交叉发展,且在实际测量问题中具有重要潜在应用价值。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.070503

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