我们提供了一种方法来表征由于最佳探测状态不兼容而引起的多个参数精度之间的最小权衡,从而确定了并行方案下磁场所有三个分量估计的最终精度极限。还明确构造了达到最终精度的最佳探测状态。
相干量子现象的开发代表着计量学领域的一个新领域,该研究旨在实现对物理现象的越来越精确的测量。量子计量学实验的原型可能是原子钟中使用的简单的拉姆齐干涉测量法,几十年来,它一直是时间和频率标准校准的基础。然而,现代量子计量学实验通常需要对几个量子自由度进行复杂的操纵才能获得单一的测量结果。例如,考虑量子逻辑光谱时钟测量,其中使用原子的量子力学运动作为总线将一个原子的内部时钟跃迁状态转移到辅助原子中可检测的跃迁 [1]。对 N 个不相关粒子集合进行测量的自然精度极限是标准量子极限,其中测量精度与 ∼ 1 / √ 成比例
相干量子现象的利用代表着计量学领域的一个新领域,该领域的研究旨在实现对物理现象的越来越精确的测量。量子计量学实验的原型可能是原子钟中使用的简单的拉姆齐干涉测量法,几十年来,它一直是时间和频率标准校准的基础。然而,现代量子计量学实验通常需要对几个量子自由度进行复杂的操纵才能获得单一的测量结果。例如,考虑量子逻辑光谱时钟测量,其中使用原子的量子力学运动作为总线,将一个原子的内部时钟跃迁状态转移到辅助原子中可检测的跃迁[1]。对 N 个不相关粒子集合进行测量的自然精度极限是标准量子极限,其中测量精度与 ∼ 1 / √ 成比例
量子Fisher信息(QFI)在量子精密测量、量子信息、多体物理等领域发挥着重要作用。通过实验获取某个量子态的QFI可以揭示出某个参数的估计精度极限、纠缠程度、量子态的几何特征等。但QFI的测量复杂度及其下界取决于量子态的维数,因此降低测量复杂度是一项重大挑战。本文提出了一种评估高维系统QFI的方法,即将信息转移到辅助系统并测量其子QFI,同时给出了在不影响辅助系统获取信息量的前提下降低被测辅助系统维数的条件。
相干量子现象的利用代表着计量学领域的一个新领域,该领域的研究旨在实现对物理现象的越来越精确的测量。量子计量学实验的原型可能是原子钟中使用的简单的拉姆齐干涉测量法,几十年来,它一直是时间和频率标准校准的基础。然而,现代量子计量学实验通常需要对几个量子自由度进行复杂的操纵才能获得单一的测量结果。例如,考虑量子逻辑光谱时钟测量,其中使用原子的量子力学运动作为总线,将一个原子的内部时钟跃迁状态转移到辅助原子中可检测的跃迁[1]。对 N 个不相关粒子集合进行测量的自然精度极限是标准量子极限,其中测量精度与 ∼ 1 / √ 成比例
磁场的精确测量是量子计量学中最基本、最重要的任务之一。尽管过去几十年来人们对量子磁力仪进行了广泛的研究,但是在并行方案下估计磁场所有三个分量所能达到的最终精度仍然未知。这主要是因为人们对估计这三个分量的最佳探测态的不兼容性缺乏了解。在这里,我们提供了一种方法来表征由于最佳探测态不兼容性而导致的多个参数精度之间的最小权衡,从而确定了并行方案下估计磁场所有三个分量的最终精度极限。还明确构建了达到最终精度的最佳探测态。获得的精度为并行方案下多参数量子磁力仪的精度设定了基准,这在量子计量学中具有根本的兴趣和重要性。
相干量子现象的利用代表着计量学领域的一个新领域,该领域的研究旨在实现对物理现象的越来越精确的测量。量子计量学实验的原型可能是原子钟中使用的简单的拉姆齐干涉测量法,几十年来,它一直是时间和频率标准校准的基础。然而,现代量子计量学实验通常需要对几个量子自由度进行复杂的操纵才能获得单一的测量结果。例如,考虑量子逻辑光谱时钟测量,其中使用原子的量子力学运动作为总线,将一个原子的内部时钟跃迁状态转移到辅助原子中可检测的跃迁[1]。对 N 个不相关粒子集合进行测量的自然精度极限是标准量子极限,其中测量精度与 ∼ 1 / √ 成比例
相干量子现象的利用代表着计量学领域的一个新领域,该领域的研究旨在实现对物理现象的越来越精确的测量。量子计量学实验的原型可能是原子钟中使用的简单的拉姆齐干涉测量法,几十年来,它一直是时间和频率标准校准的基础。然而,现代量子计量学实验通常需要对几个量子自由度进行复杂的操纵才能获得单一的测量结果。例如,考虑量子逻辑光谱时钟测量,其中使用原子的量子力学运动作为总线,将一个原子的内部时钟跃迁状态转移到辅助原子中可检测的跃迁[1]。对 N 个不相关粒子集合进行测量的自然精度极限是标准量子极限,其中测量精度与 ∼ 1 / √ 成比例
摘要:利用量子纠缠超越标准量子极限甚至达到海森堡极限,是量子计量学的圣杯。然而,量子纠缠是一种宝贵的资源,并非没有代价。制备大规模纠缠态所需的额外时间开销引发了人们对海森堡极限是否从根本上可以实现的担忧。在这里,我们发现了 Lieb-Robinson 光锥为量子 Fisher 信息增长设定的通用速度极限,以表征量子资源态在制备过程中的计量潜力。我们的主要结果建立了量子计量学的强精度极限,考虑到多体量子资源态制备的复杂性,并揭示了在具有有界单点能量的一般多体晶格系统中达到海森堡极限的基本约束。它使我们能够识别出量子多体系统的基本特征,这些特征对于实现量子计量学的量子优势至关重要,并在多体量子动力学和量子计量学之间建立了有趣的联系。
信息驱动的波前整形 科学项目描述:光力学研究光与机械运动之间的相互作用。该领域最近取得了重大进展,包括突破光力学相互作用的量子领域,并展示了量子宏观运动状态的制备和检测。这些里程碑的前提是 2010 年初纳米光力学系统的突破,该系统已证明能够利用纳米级的大型光物质相互作用实现超高灵敏度的光力学目的。到目前为止,这些系统的灵敏度极限的处理方法与为宏观对应物开发的方法类似,假设高斯条件和幺正性。然而,这些假设必须用纳米光力学系统进行修改,因为目前纳米光力学系统的操作可能远偏离其灵敏度潜力。事实上,对克拉美-罗界限的理论考虑(该界限定义了参数估计的精度极限)表明,这些系统远未达到最佳性能。这次实习是项目的一部分,该项目旨在利用量子信息理论驱动的波前整形来解决纳米光机械耦合的基本极限。简而言之,我们的实验概念依赖于将一个纳米光机械系统与多模成像设备连接起来,该系统由一个锥形纳米光机械毛细管组成,由强聚焦激光探针照射(见图 1(b)),然后输入信息理论训练的算法(见图 1(a)),从而识别性质并达到基本的运动检测极限。与传统的运动检测方法相比,使用此方法的早期结果已使灵敏度提高了 25 dB 以上(见图 1(c))。