近日，合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 / 深圳國(guó)際量子研究院俞大鵬、徐源研究員課題組，聯(lián)合合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 / 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)鄒長(zhǎng)鈴教授等研究團(tuán)隊(duì)，在基于超導(dǎo)量子線路系統(tǒng)的量子精密測(cè)量領(lǐng)域取得了重要突破性實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。
聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在高品質(zhì)因子的超導(dǎo)微波諧振腔中成功制備了高達(dá) 100 個(gè)光子的福克態(tài)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了接近海森堡極限的量子增強(qiáng)精密測(cè)量技術(shù)，展示了大光子福克態(tài)（Fock states）在高精度量子探測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，為高精度量子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展開辟了新道路。
相關(guān)研究成果以“Quantum-enhanced metrology with large Fock states”為題于 2024 年 8 月 20 日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然?物理》（Nature Physics）上。
據(jù)合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室官方介紹：
經(jīng)典的測(cè)量方法往往受限于標(biāo)準(zhǔn)量子極限的制約，其測(cè)量精度很難進(jìn)一步提升。而量子力學(xué)提供了超越這一極限的潛力，其測(cè)量精度原則上可以達(dá)到量子力學(xué)框架下的最高精度極限，也就是海森堡極限。
相比于標(biāo)準(zhǔn)量子極限，其測(cè)量精度增益正比于系統(tǒng)粒子數(shù)的平方根。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，想要達(dá)到海森堡極限，如何有效地操控和測(cè)量大規(guī)模的非經(jīng)典量子態(tài)仍然是一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)。
為了攻克這些難題，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)巧妙利用單個(gè)簡(jiǎn)諧振子或玻色模式中的大光子數(shù)福克態(tài)，成功實(shí)現(xiàn)了硬件高效的、超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限的高精度探測(cè)。
在該研究工作中，研究人員在超導(dǎo)量子比特的輔助下開發(fā)出一種玻色模式光子數(shù)濾波器的量子控制方法，在高品質(zhì)因子的超導(dǎo)微波諧振腔中高效制備出高達(dá) 100 個(gè)光子的福克態(tài)，遠(yuǎn)超過(guò)之前福克態(tài)的光子數(shù)，刷新了該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。
在此基礎(chǔ)上，研究人員充分利用這些非經(jīng)典福克態(tài)的量子特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波電磁場(chǎng)的微小位移或相移變化的高靈敏度探測(cè)，測(cè)量精度增益超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限高達(dá) 14.8dB，逼近海森堡極限，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
該研究工作得到了廣東省科技廳、深圳市科創(chuàng)委、國(guó)家自然科學(xué)基金委，合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等的支持。
