通过沃尔什调制的动态解耦光谱实现两个紧密间距电磁场的超分辨率

由于量子涨落的存在,非正交量子态无法被完全确定地区分,这使得其底层物理参数难以解析。传统观点认为,当施加两个振荡电磁场时,系统线宽会像这些量子涨落一样,对频率分辨率设定最终极限。因此人们普遍认为,要分辨频率差Δω所需的测量时间会随着Δω趋近于零而无限延长。该研究团队证明了线宽在分辨两个紧邻频率时并不起决定性作用,实际极限是由与参数无关的量子涨落(在本工作中表现为散粒噪声)决定的。研究人员提出并实验验证了首个通用的宽带超分辨光谱学协议——通过沃尔什调制的动态解耦序列,将两个未知信号间的Δω编码至量子态中。该方法利用相位信息抑制与参数无关的散粒噪声,从而提升信噪比实现超分辨光谱测量。实验结果显示:对于随机选取的约100MHz振荡电场,该技术仅需单次1毫秒测量时间即可分辨5Hz间隔,实测频率差为5.0(1.6)Hz,分辨率突破传统极限200倍。相较于传统方法,该技术将数据采集速度提升超10^5量级。值得注意的是,由于该协议基于运动拉曼(量子矢量信号分析仪)框架,可在任意频段生效,这对增强电磁场宽带传感及提升新一代通信系统的频谱效率具有重要意义。

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