近日，深圳国际量子研究院徐源研究员、俞大鹏院士团队在量子压缩操控与量子精密测量领域取得重要实验突破。研究团队在超导量子电路系统中，利用克尔非线性效应开发高效量子控制方法，实验实现压缩度高达14.6dB的微波光场压缩态的确定性制备与压缩放大。在此基础上，利用高压缩度量子态展示了对微波光场位移信号的高精度量子探测，探测精度超越标准量子极限9.3dB。相关成果以“Quantum squeezing amplification with a weak Kerr nonlinear oscillator”为题发表于国际高水平期刊 Nature Communications 上。

在量子世界中，利用经典资源进行的精密测量精度受限于由真空噪声引起的“标准量子极限”。量子压缩态是一种非经典量子态，其核心特征是在一对共轭分量（如位置和动量）上实现不对称量子噪声再分配，即在满足海森堡不确定关系的前提下，实现一个分量的噪声低于标准量子极限，同时另一个分量噪声增大，这使得压缩态成为量子精密测量领域的重要资源。

然而，实现高压缩度往往需要极强的非线性效应，这不可避免地会引入额外的退相干，并且会限制线性驱动对大希尔伯特空间的访问能力。 针对这一问题，研究团队另辟蹊径，在具有弱克尔非线性的超导微波谐振腔中，通过施加失谐微波驱动和利用Trotterization技术的方法，实现了确定性压缩态制备及压缩放大。

具体来说，失谐驱动的弱克尔谐振子在位移绘景中的哈密量存在压缩项，且压缩速率得到了|β|²倍的放大，其中β为位移量。为了消除位移绘景下哈密顿量中所含的其他与压缩无关的项，研究组巧妙设计失谐驱动参数，使得谐振腔中的相干态在演化过程中不会发生塌缩，并且呈现周期性的压缩演化，压缩度随演化周期数的增加而逐步增加。

进一步地，基于Trotterization技术，研究组利用交替进行的具有相反相位的位移绘景变换来更有效地消除位移绘景下哈密顿量中的压缩无关项，从而获得了更优质的压缩效果，成功实现了最高压缩度达14.6 dB的确定性压缩态制备。这是目前超导微波三维谐振腔系统中已知实验制备的压缩度最高的压缩态。

利用实验制备的高压缩度压缩态资源，研究组进行了电磁场位移量的高精度探测，实验实现了最高超过标准量子极限9.3 dB的精密测量增益。

在该研究工作中，蔡燕燕（国量院博士研究生）、邓晓玮（国量院副研究员）、张礼博（国量院博士研究生）为论文共同第一作者。徐源研究员为通讯作者，俞大鹏院士为最后作者。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委、合肥国家实验室等单位的大力支持。