我国科学家成功提高量子精密测量的灵敏度

据清华大学记者了解，近日，中国科学技术大学交叉信息研究所孙鲁彦副教授研究组与邹长岭研究员研究组合作，首次在超导量子系统中使用玻色量子纠错编码，提高量子精密测量的灵敏度，为未来量子精密测量与量子纠错相结合的研究提供了新思路。相关成果在线发表在《自然通讯》期刊上。

20世纪以来，测量精度的不断提高促进了生物、医学、天文学、化学等领域的技术和研究的发展。测量精度每提高一分贝，都可能推进研究前沿，甚至开辟新的研究领域。

过去几年，清华大学量子信息中心超导量子研究组一直致力于量子纠错的研究。最近，他们发展了近似量子纠错和量子跃迁追踪方法，首次证明了近似玻色量子纠错编码可以增强量子精密测量的精度。

实验由一个超导量子比特与两个微波谐振腔耦合而成，其中长寿命的作为探测腔，短寿命的作为接收腔。首先，探测腔内的光场态制备在不同光子态的叠加态上，这是典型的奇异量子态。然后，外部信号源发射的微波信号被接收腔接收。通过两个腔的相互作用，探测腔内光场叠加态的相对相位会随时间积累。最后，通过读取探测腔内光场状态的相位信息，可以测量接收腔内的微波信号强度。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，他们在单次实验中多次使用近似量子纠错操作，并能跟踪错误的次数，从而增强了量子精密测量方案所能达到的测量灵敏度。

该实验是近年来首次使用玻色量子纠错码来增强量子精密测量，证明了量子纠错可以用来提高量子精密测量的性能。这个方案可以扩展到离子阱系统和新兴的量子声学平台。