中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與香港中文大學教授袁海東在量子精密測量實驗中,首次實現兩個參數同時分別達到海森堡極限與超海森堡極限的最優測量。該成果2月18日在線發表于《物理評論快報》,并被選作該期封面文章。審稿人認為,這是一個具有足夠新穎性和價值的扎實工作。
精密測量的精度隨著消耗的資源增加而提高,數學上用T-k來描述,其中T為資源,k是評價不同測量方法優劣的最重要標準——精度增長階數。在磁力儀和量子陀螺儀等眾多應用中,k在經典測量方法和量子測量方法中分別是0.5和1,分別被稱作散粒噪聲極限和海森堡極限。然而,存在多體相互作用或含時演化的時候,人們發現k可以超越1,稱之為超海森堡極限。目前,這3種不同精度極限在單參數量子測量實驗中已分別實現,但海森堡不確定性關系是量子力學的根本限制,超海森堡極限是否真的是超海森堡仍存在爭議。
項國勇等人采用近年來著力發展的多參數量子精密測量平臺,將控制增強的次序測量技術,進一步發展到多參數含時演化的測量中,通過優化量子系統動力學演化各個部分,實現兩個參數同時分別達到海森堡極限與超海森堡極限的最優測量,并闡明這兩種精度極限都遵從海森堡不確定性關系,都是最優的量子精度極限。
該成果加強了量子精密測量與海森堡不確定性關系的聯系,促進了兩個領域交叉發展,且在實際測量問題中具有重要潛在應用價值。