大自旋不可知参数估计

量子Fisher信息度量了量子态对特定参数变化的敏感度,最大化该信息是实现量子传感器最优估计精度的关键。典型量子传感器涉及经历未知旋转的量子比特(如自旋1/2)探针,其中待估计参数为未知旋转角度。已知的理论限制是:若旋转轴方向未知,则无法获得最大量子Fisher信息。近期研究通过利用探针量子比特与辅助比特的纠缠态突破了该限制——在旋转轴方向明确后,通过对辅助比特的测量可制备出适用于任意未知旋转轴方向的最优探针态。但该方案仅适用于自旋1/2体系。考虑到大自旋探针可获得更高量子Fisher信息,从而提供更强的计量学优势,本工作利用大自旋探针与辅助比特的纠缠态,在无需旋转轴先验知识条件下实现了旋转角度估计的最优量子Fisher信息。与先前自旋1/2情形不同,大自旋体系实现最优精度通常需后选择操作,其成功概率取决于希尔伯特空间维度。此外,该团队将编码态从最大纠缠态推广至一般纠缠态,证明仍能以特定成功概率实现最优量子计量。

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提交arXiv: 2026-02-04 13:51

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