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量子科技在保障信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測量精度等方面突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸，成為信息、能源、材料和生命等領(lǐng)域重大技術(shù)創(chuàng)新的源泉。因此量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。

自上個(gè)世紀(jì)以來，測量精度的不斷提高促進(jìn)了生物、醫(yī)學(xué)、天文、化學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)和研究發(fā)展。測量精度每提高一個(gè)分貝，都可能推動(dòng)研究前沿，甚至可能開辟一個(gè)新研究領(lǐng)域。并且隨著量子信息技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家認(rèn)為，憑借獨(dú)特的量子效應(yīng)，有望實(shí)現(xiàn)超越精密測量精度的經(jīng)典極限。在過去十年中，量子精密測量在理論上得到廣泛研究，科學(xué)家提出奇異量子態(tài)可以提高傳感器的信息獲取率，許多初步實(shí)驗(yàn)也展示了其在精密測量方面的潛力。

然而，由于環(huán)境噪聲引起的退相干影響，奇異量子態(tài)是脆弱的。與其它量子技術(shù)所面臨的問題相同，量子優(yōu)勢也受到退相干影響，因此在實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)。盡管有研究人員提出可以通過量子糾錯(cuò)來保護(hù)量子態(tài)的相干性，但在實(shí)踐中將量子糾錯(cuò)與量子精密測量結(jié)合起來極具挑戰(zhàn)性。

清華大學(xué)量子信息中心超導(dǎo)量子課題組一直致力于量子糾錯(cuò)研究，近日，中科大鄒長鈴研究組與清華交叉信息院孫麓巖研究組開發(fā)了近似量子糾錯(cuò)和量子躍遷跟蹤的方法，首次展示了通過近似玻色量子糾錯(cuò)編碼來增強(qiáng)量子精密測量的精度。

實(shí)驗(yàn)樣品由一個(gè)超導(dǎo)量子比特分別和兩個(gè)微波諧振腔耦合組成，兩個(gè)微波諧振腔中壽命高的作為探測腔，壽命低的作為接收腔。實(shí)驗(yàn)先將探測腔內(nèi)的光場態(tài)制備到不同光子態(tài)的疊加態(tài)上，該狀態(tài)是一個(gè)典型的奇異量子態(tài)；再用接收腔接收外界信號源發(fā)射的微波信號，通過兩個(gè)腔之間的相互作用，探測腔內(nèi)光場疊加態(tài)的相對相位會(huì)隨著時(shí)間積累；最后，通過讀取探測腔內(nèi)光場態(tài)的相位信息，可以測得接收腔內(nèi)微波信號強(qiáng)度。

同時(shí)，在探測過程中，為了抵抗環(huán)境噪聲引起的接收腔內(nèi)光場疊加態(tài)的退相干影響，他們在單次實(shí)驗(yàn)中多次使用了近似量子糾錯(cuò)操作并能跟蹤錯(cuò)誤發(fā)生的次數(shù)，從而增強(qiáng)了該量子精密測量方案可達(dá)到的測量靈敏度。

不同于量子糾錯(cuò)在量子信息存儲(chǔ)方面的傳統(tǒng)應(yīng)用，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所展示的利用近似量子糾錯(cuò)，來增強(qiáng)量子精密測量的精度，不僅是量子應(yīng)用的新概念，同時(shí)為未來量子精密測量和量子糾錯(cuò)結(jié)合的研究提供了新思路。其研究結(jié)果不僅揭示了量子信息技術(shù)在傳感領(lǐng)域的潛在優(yōu)勢，而且促進(jìn)了玻色量子技術(shù)的進(jìn)一步研究。

(資料來源：澎湃新聞)

關(guān)鍵詞： 精密測量 測量精度 奇異量子