科學家揭示具有大福克態的量子增強計量學
作者：小柯機器人 發布時間：2024/8/22 16:09:16
本期文章：《自然—物理學》：Online/在線發表
近日，南方科技大學的俞大鵬及其研究小組與中國科學技術大學的鄒長鈴等人合作并取得一項新進展。經過不懈努力，他們揭示具有大福克態的量子增強計量學。相關研究成果已于2024年8月20日在國際知名學術期刊《自然—物理學》上發表。
本文提出了一種高效的方法，通過開發可編程光子數濾波器，在超導微波腔內生成接近100個光子的大福克態。研究人員將這些態應用于位移和相位測量，展示了量子增強計量學接近40光子福克態的海森堡縮放，并實現了最大計量增益高達14.8dB，凸顯了大福克態的計量優勢。這項研究可以很容易地擴展到機械和光學系統，有望在微弱力檢測和暗物質搜索等領域得到應用。
據悉，量子計量學利用非經典態，如具有特定光子數的福克態，以獲得相對于經典傳感方法的優勢。通常，可以通過增加所涉及的激發數來增強量子計量性能，例如，通過使用大光子數福克態。然而，在實驗上操控這些態并證明量子計量的優勢是具有挑戰性的。
附：英文原文
Title: Quantum-enhanced metrology with large Fock states
Author: Deng, Xiaowei, Li, Sai, Chen, Zi-Jie, Ni, Zhongchu, Cai, Yanyan, Mai, Jiasheng, Zhang, Libo, Zheng, Pan, Yu, Haifeng, Zou, Chang-Ling, Liu, Song, Yan, Fei, Xu, Yuan, Yu, Dapeng
Issue&Volume: 2024-08-20
Abstract: Quantum metrology uses non-classical states, such as Fock states with a specific number of photons, to achieve an advantage over classical sensing methods. Typically, quantum metrological performance can be enhanced by increasing the involved excitation numbers, for example, by using large-photon-number Fock states. However, manipulating these states and demonstrating a quantum metrological advantage is experimentally challenging. Here we present an efficient method for generating large Fock states approaching 100 photons within a superconducting microwave cavity through the development of a programmable photon number filter. Using these states in displacement and phase measurements, we demonstrate quantum-enhanced metrology approaching the Heisenberg scaling for 40-photon Fock states and achieve a maximum metrological gain of up to 14.8dB, highlighting the metrological advantages of large Fock states. Our study could be readily extended to mechanical and optical systems, promising potential applications in weak force detection and dark matter searches.
DOI: 10.1038/s41567-024-02619-5
Source: https://www.nature.com/articles/s41567-024-02619-5
期刊信息
Nature?Physics：《自然—物理學》，創刊于2005年。隸屬于施普林格·自然出版集團，最新IF：19.684
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