利用玻色量子糾錯編碼提升量子精密測量靈敏度 促進玻色量子技術進一步研究
【化工儀器網 項目成果】量子科技在保障信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方面突破經典技術的瓶頸，成為信息、能源、材料和生命等領域重大技術創新的源泉。因此量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值，是一項對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。
自上個世紀以來，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發展。測量精度每提高一個分貝，都可能推動研究前沿，甚至可能開辟一個新研究領域。并且隨著量子信息技術的發展，科學家認為，憑借獨特的量子效應，有望實現超越精密測量精度的經典極限。在過去十年中，量子精密測量在理論上得到廣泛研究，科學家提出奇異量子態可以提高傳感器的信息獲取率，許多初步實驗也展示了其在精密測量方面的潛力。
然而，由于環境噪聲引起的退相干影響，奇異量子態是脆弱的。與其它量子技術所面臨的問題相同，量子優勢也受到退相干影響，因此在實踐中難以實現。盡管有研究人員提出可以通過量子糾錯來保護量子態的相干性，但在實踐中將量子糾錯與量子精密測量結合起來極具挑戰性。
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研究，近日，中科大鄒長鈴研究組與清華交叉信息院孫麓巖研究組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。
不同于量子糾錯在量子信息存儲方面的傳統應用，該項實驗所展示的利用近似量子糾錯，來增強量子精密測量的精度，不僅是量子應用的新概念，同時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。其研究結果不僅揭示了量子信息技術在傳感領域的潛在優勢，而且促進了玻色量子技術的進一步研究。
(資料來源：澎湃新聞)
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