连续高斯量子计量学的基本极限

连续量子计量学有望通过利用辐射量子向环境释放的渐进信息流实现高精度传感。尽管近期取得进展,学界目前仍缺乏对玻色子系统连续计量基本精度极限的系统性认知。该研究团队建立了一个多模自由玻色子在连续高斯测量下量子计量的通用理论框架,推导出全局量子费希尔信息(QFI)与环境QFI渐近增长率的解析表达式——前者量化系统-环境联合态编码的总信息量,后者表征可从辐射场获取的有效信息。研究人员证明了这些量的基本极限:虽然能达到与模式数相关的海森堡级标度,但精度随时间与有意义的能量资源至多呈线性增长。 为验证理论,该工作分析了几种具体构型(包括耦合腔阵列与囚禁粒子阵列):局域耦合构型仅实现资源的标准线性标度,而全局耦合构型可获得模式数最优的二次方标度。特别值得注意的是,非互易构型可利用非厄米趋肤效应实现全局QFI的指数级增强,但该增强效应无法体现在环境QFI中——这揭示了联合态存储信息与环境辐射信息之间的本质差异。这些发现建立了对连续玻色子传感中资源权衡与标度行为的系统性认知。
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提交arXiv: 2026-01-20 03:26

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