使用高维量子比特的拉姆塞干涉测量

拉姆齐干涉术作为量子光谱学的基石技术,传统上采用量子比特实现高精度测量。该研究团队在拉姆齐干涉术基础上进行扩展,将其推广至具有维格纳-马约拉纳对称性的高维量子系统(qudit),通过利用系统内部自由度实现了分辨率增强。值得注意的是,研究人员发现用量子傅里叶变换替代标准拉姆齐干涉术中的两个π/2脉冲并不能提升分辨率。理论分析表明,具有维格纳-马约拉纳对称性的量子系统特别适合该目标,可在给定探测时间内实现显著的分辨率提升。模拟计算与解析解验证了这些预测,证实了高维量子系统在拉姆齐干涉术中的可行性与优势。 该工作采用“分辨率-对比度”指标量化不同维度高维量子系统的性能差异。特别值得注意的是,三能级系统(qutrit)在保持对比度不降低的前提下,可实现相较于量子比特两倍的分辨率提升,成为高维量子系统方案的最优选择。更高维度的系统虽能获得更优的分辨率增强,但会以对比度下降为代价。这些显著的性能突破使高维量子系统成为量子精密测量与量子传感技术中极具吸引力的候选方案。

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