每日看点!利用玻色量子纠错编码提升量子精密测量灵敏度 促进玻色量子技术进一步研究

量子科技在保障信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典技术的瓶颈,成为信息、能源、材料和生命等领域重大技术创新的源泉。因此


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量子科技在保障信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典技术的瓶颈,成为信息、能源、材料和生命等领域重大技术创新的源泉。因此量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。

自上个世纪以来,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发展。测量精度每提高一个分贝,都可能推动研究前沿,甚至可能开辟一个新研究领域。并且随着量子信息技术的发展,科学家认为,凭借独特的量子效应,有望实现超越精密测量精度的经典极限。在过去十年中,量子精密测量在理论上得到广泛研究,科学家提出奇异量子态可以提高传感器的信息获取率,许多初步实验也展示了其在精密测量方面的潜力。

然而,由于环境噪声引起的退相干影响,奇异量子态是脆弱的。与其它量子技术所面临的问题相同,量子优势也受到退相干影响,因此在实践中难以实现。尽管有研究人员提出可以通过量子纠错来保护量子态的相干性,但在实践中将量子纠错与量子精密测量结合起来极具挑战性。

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研究,近日,中科大邹长铃研究组与清华交叉信息院孙麓岩研究组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。

不同于量子纠错在量子信息存储方面的传统应用,该项实验所展示的利用近似量子纠错,来增强量子精密测量的精度,不仅是量子应用的新概念,同时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。其研究结果不仅揭示了量子信息技术在传感领域的潜在优势,而且促进了玻色量子技术的进一步研究。

(资料来源:澎湃新闻)

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