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我科學(xué)家成功提升量子精密測(cè)量靈敏度

發(fā)布時(shí)間:2022-06-20 09:36:00來(lái)源: 光明日?qǐng)?bào)

  【科技前沿】

  本報(bào)北京6月19日電 記者鄧暉從清華大學(xué)獲悉,近日,該校交叉信息研究院孫麓巖副教授研究組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)鄒長(zhǎng)鈴研究員研究組合作,在超導(dǎo)量子系統(tǒng)中首次利用玻色量子糾錯(cuò)編碼來(lái)提升量子精密測(cè)量的靈敏度,為未來(lái)量子精密測(cè)量和量子糾錯(cuò)結(jié)合的研究提供了新思路。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

  20世紀(jì)以來(lái),測(cè)量精度的不斷提高促進(jìn)了生物、醫(yī)學(xué)、天文、化學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)和研究的發(fā)展。測(cè)量精度每提高一個(gè)分貝,都可能推動(dòng)研究的前沿,甚至可能開辟一個(gè)新的研究領(lǐng)域。

  在過去的幾年里,清華大學(xué)量子信息中心超導(dǎo)量子課題組一直致力于量子糾錯(cuò)的研究。最近,他們開發(fā)了近似量子糾錯(cuò)和量子躍遷跟蹤的方法,首次展示了通過近似玻色量子糾錯(cuò)編碼來(lái)增強(qiáng)量子精密測(cè)量的精度。

  實(shí)驗(yàn)樣品由一個(gè)超導(dǎo)量子比特分別和兩個(gè)微波諧振腔耦合組成,兩個(gè)微波諧振腔中壽命高的作為探測(cè)腔,壽命低的作為接收腔。實(shí)驗(yàn)先將探測(cè)腔內(nèi)的光場(chǎng)態(tài)制備到不同光子態(tài)的疊加態(tài)上,該狀態(tài)是一個(gè)典型的奇異量子態(tài);再用接收腔接收外界信號(hào)源發(fā)射的微波信號(hào),通過兩個(gè)腔之間的相互作用,探測(cè)腔內(nèi)光場(chǎng)疊加態(tài)的相對(duì)相位會(huì)隨著時(shí)間積累;最后,通過讀取探測(cè)腔內(nèi)光場(chǎng)態(tài)的相位信息,可以測(cè)得接收腔內(nèi)微波信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí),在探測(cè)過程中,為了抵抗環(huán)境噪聲引起的接收腔內(nèi)光場(chǎng)疊加態(tài)的退相干影響,他們?cè)趩未螌?shí)驗(yàn)中多次使用了近似量子糾錯(cuò)操作并能跟蹤錯(cuò)誤發(fā)生的次數(shù),從而增強(qiáng)了該量子精密測(cè)量方案可達(dá)到的測(cè)量靈敏度。

  該實(shí)驗(yàn)是近年來(lái)首次將玻色量子糾錯(cuò)碼用于增強(qiáng)量子精密測(cè)量的工作,證明了量子糾錯(cuò)可以用于提升量子精密測(cè)量的性能。該方案可以擴(kuò)展到離子阱系統(tǒng)和新興的量子聲學(xué)平臺(tái)。

(責(zé)編: 李雨潼)

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