量子磁力儀測量磁場矢量最終理論精度極限找到

記者7月14日從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與合作者合作，在量子磁力儀同時測量磁場矢量三個分量的平行糾纏方案中，找到了平衡不同參數(shù)測量精度間的最小制衡方法，首次給出同時測量磁場矢量三分量的最終理論精度極限。研究成果日前在線發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

量子磁力儀研究磁場測量的最高精度，是量子精密測量的一個重要應用。在數(shù)十年研究中，人們已經(jīng)能夠通過采用糾纏等量子資源在磁場單個分量測量中達到最高精度。但是磁場是一個矢量，有三個分量，不同磁場分量的最優(yōu)量子測量方案一般不同，在同時測量磁場矢量的三個分量時，不同參數(shù)的測量精度之間會有制衡。如何平衡不同磁場分量之間的精度制衡，磁場矢量測量的最終精度極限在哪里，是否能達到，如何達到，這些都是量子精密測量理論中亟待解決的問題。

項國勇等人發(fā)現(xiàn)這種精度制衡源于最優(yōu)探針態(tài)之間的不兼容性，并且巧妙的將磁場三個分量的測量精度與探針態(tài)的不兼容性建立聯(lián)系。最終他們找到了一種平衡不同磁場分量精度制衡的方法，得到了磁場矢量測量的最終理論精度極限。此外，研究團隊進一步證明了這個精度極限可以達到，并且構造出了所需的最優(yōu)量子探針態(tài)和最優(yōu)量子測量。

相比于之前量子磁力儀集中研究測量單個磁場分量，該研究回答了磁場矢量三個分量同時測量的最終精度極限，并且發(fā)現(xiàn)了不同磁場分量精度制衡的底層物理是源自于量子探針態(tài)的不兼容性。

該成果不僅解決了磁場矢量測量的最終精度極限問題，也提供了一套解決其他多參數(shù)量子精密測量問題的新方法。（記者 吳長鋒）