近日，在俞大鹏院士的带领下，深圳国际量子研究院超导量子计算实验室牛晶晶课题组，联合香港中文大学袁海东团队，在分布式量子精密测量研究领域取得重要实验进展。研究团队成功构建了超导量子网络，制备出高保真度的非局域纠缠态，并实现了分布式多参数量子精密测量。在远距离三分量矢量场估计任务中，该方案相比经典逐点测量策略实现了 13.72 dB 的精度增益；在空间分布的两分量矢量场梯度估计中，相较于局域纠缠方案实现了 3.44 dB 的精度提升，从而明确验证了超导量子网络在可扩展多参数估计问题中的独特优势。相关研究成果以“Distributed multi-parameter quantum metrology with a superconducting quantum network”为题，于2026年1月20日在国际学术期刊Nature Communications上在线发表。

量子精密测量已成为基础物理研究中的一项重要工具，在时钟同步、场传感以及高精度测量等方面发挥着关键作用。随着量子网络技术的发展，分布式量子精密测量将量子增强优势从单一系统拓展至网络化架构，使得对空间分布节点间多个参数的协同探测成为可能。然而，该方向在实验实现上长期面临两项核心挑战：其一，跨节点纠缠态的生成与分发对系统操控精度要求极高；其二，多参数量子估计中存在测量不相容性，难以在同一协议中同时实现各参数的最优测量精度。针对上述问题，研究团队基于低损耗微波互联构建了可生成高保真跨模块纠缠的超导量子网络平台，结合高速量子门操作与自适应控制优化策略，有效解决了这两方面难题，提出并实验实现了一种高效的分布式多参数估计协议，推动了该领域的进一步发展。

本研究构建了星形拓扑结构的模块化超导量子网络，由一个中央模块和四个空间分离的传感模块组成。模块之间通过低损耗微波链路连接，支持基于微波光子的高保真量子态传输与纠缠分发，相邻模块间量子态传输效率接近99%。

远距离矢量场测量方案

研究团队首先验证了一种利用两个互联模块实现远距离矢量场量子传感方案。该方案通过量子态传输，将中央模块中制备的纠缠比特对中的一个分发至远端传感模块，形成跨模块的非局域纠缠探针态。随后，传感模块中的量子比特在外加矢量场作用下演化。实验中通过在信号演化过程中插入可控的幺正控制操作，并采用重复序列策略放大待测信号。其中，幺正控制操作采用自适应优化方法，通过迭代更新最优控制参数，并结合最大似然估计，从测量结果中提取待测参数的最优估计值。该方法能够在同一测量框架下同步获取矢量场的振幅、方向角与相位角三个分量信息。相比传统的“逐参数依次测量”策略，本协议在测量效率与精度上均展现出显著优势。以估计方差作为精度评估指标，实验结果表明测量精度随重复序列次数呈现海森堡标度提升，与理论预测一致；相较于单参数逐次测量方案，最高可实现 13.72 dB 的精度增益，同时避免了多参数测量中常见的精度权衡问题，为远距离矢量场的高精度量子测量提供了可扩展的实验路径。

空间分布矢量场的分布式梯度估计策略

在远距离矢量场探测的基础上，研究团队进一步提出并实验验证了一种面向空间不同位置矢量场的分布式梯度估计方案。该方案首先在中央模块中制备纠缠态，并同步分发至两个空间分离的传感模块；随后在各传感模块内通过局域纠缠门操作扩展纠缠规模，构建出连接两个非近邻传感模块的四比特类GHZ非局域纠缠态。以此非局域纠缠态作为量子传感探针，使其与空间中两处位置的矢量场同时相互作用，并结合信号-控制序列以增强测量灵敏度，从而实现两点之间矢量场梯度的同步估计。实验结果表明，无论是两分量还是三分量矢量场梯度信号，该策略均可达到海森堡标度的估计精度。

分布式量子传感优势的实验对比

本研究的重要贡献之一，是通过系统对比清晰地展示了分布式多参数量子传感策略相对于传统局域方案的优势。在较宽的参数范围内，分布式方案在多参数同时估计中均优于使用相同比特资源的局域量子传感策略。例如，在两分量矢量场梯度探测任务中，引入非局域纠缠探针后，多参数总估计方差相较于局域纠缠方案降低3.44 dB，且随序列重复次数呈现海森堡标度规律。这表明在分布式架构下，基于非局域纠缠传感器的协同探测能够显著超越传统“先分别测量、后计算梯度”的策略。

此外，研究团队系统考察了实验系统在不同场强、编码时间、循环次数、自适应迭代次数以及噪声水平下的鲁棒性。结果显示，该系列量子传感策略具有良好的稳定性和可扩展性，未来有望应用于电磁场监测、导航和远程探测等实际场景，为构建量子增强传感器网络奠定基础。

在该研究中，深圳国际量子研究院助理研究员张家健、香港中文大学博士后王玲娜、国量院科研助理海咏菊（现JILA / University of Colorado Boulder博士生）、国量院与南科大联培博士研究生张家蔚为论文共同第一作者。钟有鹏、牛晶晶、袁海东为共同通讯作者，俞大鹏院士为论文最后作者。深圳国际量子研究院为论文第一完成单位。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创局、国家自然科学基金委员会、合肥国家实验室等单位的大力支持。