兰州大学研究团队在量子精密测量研究中取得重要进展

量子精密测量是探索利用微观系统的量子效应作为资源实现超越经典测量精度极限的新兴科学，它为未来变革性频标系统、弱场探测、导航定位和雷达成像等技术从基础原理角度提供了新的突破口。然而噪声引起的退相干效应会使量子优势消失从而限制了量子计量技术的应用，这被称为噪声量子计量学的止步定理。如何在现实噪声条件下克服该定理是实现超越经典极限的高精度测量的关键科学问题。

(a) 方案图。(b) 原子与噪声组成的复合系统的准能谱随驱动振幅的变化。 (c) 频率量子Fisher信息随时间及驱动振幅的变化，当形成Floquet束缚态时，理想标度被恢复。(d) 优化振幅驱动下的量子Fisher信息随原子数N的变化。

兰州大学物理科学与技术学院安钧鸿教授课题组提出了一种基于Floquet工程方法克服止步定理的方案。该方案通过对Ramsey干涉仪的原子进行周期性驱动，当原子与噪声组成的系统形成Floquet束缚态时，其频率测量的精度将恢复到理想的t2标度关系。进一步结合最优控制方法，该机制还允许精度随着原子数N的关系恢复到理想的海森堡极限标度N2。这一研究同时恢复了噪声量子计量精度随原子数和编码时间的标度优势，为克服噪声量子计量止步定理的影响进而实现高精度测量提供了一条有效的途径。相关研究成果以 “Floquet Engineering to Overcome No-Go Theorem of Noisy Quantum Metrology”为题于2023年8月1日发表在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 131, 050801 (2023)]上。这一工作也是该研究组自2019与2021年在该刊发表关于量子精密测量相关研究工作 [Phys. Rev. Lett. 123, 040402 (2019)，Phys. Rev. Lett. 127, 083602 (2021)]后取得的又一个重要研究成果。兰州大学物理科学与技术学院博士后白思远为第一作者，安钧鸿为通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金委面上项目、重点项目、青年项目与中国博士后科学基金博士后创新人才支持计划和博士后面上项目的经费支持，它是兰州大学量子理论及应用基础教育部重点实验室和兰州理论物理中心旨在着力突出内涵发展与提升科研水平的又一重要进展。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.050801