量子计量学是量子信息领域的一门新兴学科,目前正在经历一系列实验突破和理论发展。量子计量学的主要目标是尽可能准确地估计未知参数。通过使用量子资源作为探针,可以达到使用最佳经典策略无法实现的测量精度。例如,对于相位估计任务,最大精度(海森堡极限)是最佳经典策略精度的二次方增益。当然,量子计量学并不是目前正在取得进展的唯一量子技术。本论文的主题是探索如何在适当的情况下使用其他量子技术增强量子计量学,即:图状态、纠错和加密。图状态是量子信息中非常有用且用途广泛的资源。我们通过量化图状态对相位估计量子计量任务的实用性来帮助确定图状态的全部适用范围。具体而言,图状态的效用可以根据相应图的形状来表征。据此,我们设计了一种方法,将任何图状态转换为更大的图状态(称为捆绑图状态),该图状态近似饱和海森堡极限。此外,我们表明,图状态是一种抵抗噪声影响的稳健资源,即失相和少量擦除,并且量子克拉美-罗界限可以通过简单的测量策略饱和。噪声是量子计量学的最大障碍之一,限制了其可实现的精度和灵敏度。已经证明,如果环境噪声与量子计量任务的动态可以区分,那么可以频繁应用误差校正来对抗噪声的影响。然而在实践中,目前的量子技术无法达到保持海森堡精度所需的误差校正频率。我们通过考虑技术限制和障碍来探索纠错增强量子计量的局限性,由此我们建立了在存在噪声的情况下可以保持海森堡极限的机制。全面实施量子计量问题在技术上要求很高:必须以高保真度生成和测量纠缠量子态。在缺乏所有必要的量子硬件的情况下,一种解决方案是将任务委托给第三方。这样做自然会出现一些安全问题,因为可能存在恶意对手的干扰。我们解决了
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