量子精密测量灵敏度再次提升

近日，该校交叉信息研究院孙麓岩副教授研究组与中国科学技术大学邹长铃研究员研究组合作，在超导量子系统中首次利用玻色量子纠错编码来提升量子精密测量的灵敏度，为未来量子精密测量和量子纠错结合的研究提供了新思路。相关成果在线发表于《自然·通讯》期刊。

20世纪以来，测量精度的不断提高促进了生物、医学、天文、化学等各个领域的技术和研究的发展。测量精度每提高一个分贝，都可能推动研究的前沿，甚至可能开辟一个新的研究领域。

在过去的几年里，清华大学量子信息中心超导量子课题组一直致力于量子纠错的研究。最近，他们开发了近似量子纠错和量子跃迁跟踪的方法，首次展示了通过近似玻色量子纠错编码来增强量子精密测量的精度。

实验样品由一个超导量子比特分别和两个微波谐振腔耦合组成，两个微波谐振腔中寿命高的作为探测腔，寿命低的作为接收腔。实验先将探测腔内的光场态制备到不同光子态的叠加态上，该状态是一个典型的奇异量子态；再用接收腔接收外界信号源发射的微波信号，通过两个腔之间的相互作用，探测腔内光场叠加态的相对相位会随着时间积累；最后，通过读取探测腔内光场态的相位信息，可以测得接收腔内微波信号强度。同时，在探测过程中，为了抵抗环境噪声引起的接收腔内光场叠加态的退相干影响，他们在单次实验中多次使用了近似量子纠错操作并能跟踪错误发生的次数，从而增强了该量子精密测量方案可达到的测量灵敏度。

该实验是近年来首次将玻色量子纠错码用于增强量子精密测量的工作，证明了量子纠错可以用于提升量子精密测量的性能。该方案可以扩展到离子阱系统和新兴的量子声学平台。