研究实现超越海森堡极限精度的量子精密测量

　　量子不确定因果序的示意图。蓝色和红色路线经过两个门的时序不同且处于量子叠加态。

　　本报讯（记者王敏）中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、陈耕等人与香港大学同行合作，利用量子不确定因果序，实现了超越海森堡极限精度的量子精密测量。相关研究成果近日发表于《自然-物理学》。

　　量子精密测量致力于把量子力学原理运用到各种测量任务中，以实现超过经典极限的测量精度。海森堡极限被认为是利用量子方法和资源所能达到的最终极限。

　　近年来，学术界提出了一种新的量子结构，即量子不确定因果序。量子力学的叠加原理不仅允许不同量子本征态之间的叠加，也允许两个事件处于两个相反时序的量子叠加中。这种新型量子资源已被证实可以在特定的量子计算和量子通信任务中提供优势，然而此前工作都是基于离散变量体系，未能直接应用于量子精密测量任务。

　　研究人员设计了一种全新的杂化量子装置，即用一个离散量子比特控制光子两组连续变量的演化时序，实验实现了不确定因果序，进而实现了对演化产生的几何相位的超海森堡极限的精密测量。实验结果表明，新方法在实验演示范围内获得了对确定因果序方法理论上的最高测量精度，即海森堡极限的绝对优势，实验结果逼近理论上的超海森堡极限。

　　该实验使用单个光子作为探针，不存在光子间的相互作用，且单次测量所需要的能量不超过单个光子的能量，从而实现了首个在规范化资源定义下超越海森堡极限的实验工作。该实验对不确定因果序和量子精密测量的理解均产生了重要影响。

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.1038/s41567-023-02046-y