科技日報記者 張佳欣
據(jù)29日《自然·通訊》雜志報道，美國南加州大學(xué)的研究人員展示了一種新型量子傳感技術(shù)，可借助新的相干穩(wěn)定協(xié)議對抗量子退相干。其性能大幅超越傳統(tǒng)方法，有望推動從醫(yī)學(xué)成像到基礎(chǔ)物理研究等多個領(lǐng)域的進步。
量子傳感是指利用量子系統(tǒng)（如原子、光子或量子比特）作為傳感器，以極高的精度測量物理量（如腦活動、超高精度時鐘或重力異常），其精度往往超越經(jīng)典傳感器的極限。但幾十年來，量子傳感器的性能一直受到退相干的限制。退相干是由環(huán)境噪聲引發(fā)的一種不可預(yù)測的行為。退相干會使量子系統(tǒng)的狀態(tài)隨機紊亂，從而抹除一切量子傳感信號。
新研究中，團隊在實驗中的量子比特上采用一種新的預(yù)定相干穩(wěn)定協(xié)議（即為了保持量子態(tài)穩(wěn)定、提高測量精度而設(shè)計的一整套操作流程），暫時克服了長期以來存在的退相干問題，穩(wěn)定了量子態(tài)的一項關(guān)鍵特性。
該實驗顯著提高了對量子系統(tǒng)中微小頻率偏移的測量精度。研究中的相干穩(wěn)定傳感協(xié)議使傳感信號能夠比使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳感測量時變得更大。這種穩(wěn)定性對于檢測微弱信號至關(guān)重要。
該研究在檢測量子比特頻率方面，達到了迄今為止最高的靈敏度。更重要的是，這種協(xié)議無需反饋，也不需要額外的控制或測量資源，因此能立即應(yīng)用于各種量子計算和量子傳感技術(shù)。
團隊在超導(dǎo)量子比特上演示這一協(xié)議，與被稱為拉姆齊干涉測量法的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相比，測量效率提高了1.65倍。理論分析表明，在某些系統(tǒng)中，該協(xié)議的潛在改進幅度最高可達1.96倍。演示實驗表明，無需借助實時反饋或糾纏多個傳感器等復(fù)雜技術(shù)，也能改進量子傳感器。
