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近日，基础与前沿研究院Abolfazl Bayat教授“量子信息技术”团队在Physical Review Letters上发表题为“Sequential Measurements for Quantum-Enhanced Magnetometry in Spin Chain Probes”的研究论文。博士后Victor Montenegro为该论文第一作者，与Abolfazl Bayat教授同为通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为第一作者单位。
在科学研究中，对尚未观测到的事物进行观测对于拓宽科学的边界至关重要。譬如对引力波的直接观测，以及最近由詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的遥远深空的惊人影像，都使得我们对宇宙的样貌有了更深入的了解。因此，设计针对不同物理量的高精度传感器用以探测微弱信号，具有极为重要的科学意义。
量子传感器，是一类利用经典物理中没有对应的量子效应对物理量进行极高精度测量的具有重要应用前景的平台。团队经研究发现，对量子多体探针中的单个量子比特进行一系列的测量（序列测量）及在测量间隔进行量子态自由演化的传感协议，具有超越经典传感器的探测能力。对于给定的时间资源，当测量序列数量增加时，传感精度可得到提升并超过经典传感器上能达到的精度。论文提出的协议利用了量子物理与多体系统的两个重要方面：（i）量子测量的特性及其随后的波函数坍缩 （ii）多体系统内由自由演化而产生纠缠的能力。与此前其他传感协议相比，论文提出的协议不需要复杂的纠缠初始化过程，对系统缺陷表现出更强的鲁棒性，可提供远程传感的能力，以及无需微调即可在相变点周围的狭小变量区间内运行。
（A) 研究团队采用了一个初始状态为直积态的多体探针，通过只在探针最右侧进行测量来远程探测处于探针另一端的未知磁场。 (B) 当序列测量的数量，即在重置探头之前的测量次数增加时，对磁场估计的不确定性将降低。 (C)磁场估计的平均相对不确定性随着序列测量次数的增加呈多项式减小。值得注意的是，随着协议的传感总时间增加，总能获得由序列测量及其随后的波函数塌缩特性带来的量子增强传感。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.120503
编辑：林坤 / 审核：林坤 / 发布：陈伟
