量子精密測量靈敏度再次提升

近日，該校交叉信息研究院孫麓巖副教授研究組與中國科學技術大學鄒長鈴研究員研究組合作，在超導量子系統中首次利用玻色量子糾錯編碼來提升量子精密測量的靈敏度，為未來量子精密測量和量子糾錯結合的研究提供了新思路。相關成果在線發表于《自然·通訊》期刊。

20世紀以來，測量精度的不斷提高促進了生物、醫學、天文、化學等各個領域的技術和研究的發展。測量精度每提高一個分貝，都可能推動研究的前沿，甚至可能開辟一個新的研究領域。

在過去的幾年里，清華大學量子信息中心超導量子課題組一直致力于量子糾錯的研究。最近，他們開發了近似量子糾錯和量子躍遷跟蹤的方法，首次展示了通過近似玻色量子糾錯編碼來增強量子精密測量的精度。

實驗樣品由一個超導量子比特分別和兩個微波諧振腔耦合組成，兩個微波諧振腔中壽命高的作為探測腔，壽命低的作為接收腔。實驗先將探測腔內的光場態制備到不同光子態的疊加態上，該狀態是一個典型的奇異量子態；再用接收腔接收外界信號源發射的微波信號，通過兩個腔之間的相互作用，探測腔內光場疊加態的相對相位會隨著時間積累；最后，通過讀取探測腔內光場態的相位信息，可以測得接收腔內微波信號強度。同時，在探測過程中，為了抵抗環境噪聲引起的接收腔內光場疊加態的退相干影響，他們在單次實驗中多次使用了近似量子糾錯操作并能跟蹤錯誤發生的次數，從而增強了該量子精密測量方案可達到的測量靈敏度。

該實驗是近年來首次將玻色量子糾錯碼用于增強量子精密測量的工作，證明了量子糾錯可以用于提升量子精密測量的性能。該方案可以擴展到離子阱系統和新興的量子聲學平臺。