用于海森堡极限计量学的编码量子信号处理

纠缠量子探针可实现海森堡极限的测量精度,但这种优势通常会被噪声破坏。该研究团队通过提出一种名为“编码量子信号处理”的框架来解决这一问题,该框架将量子错误检测与量子信号处理统一为有效的单量子比特系统,为构建既能抵抗噪声又对目标信号保持敏感的“逻辑传感器”提供了新范式。研究表明,将传感器量子比特编码为重复码并使用校验子测量作为信号处理基本单元,可在实际噪声环境下恢复海森堡标度,而无需实施恢复操作。 该工作证明:基于校验子后处理的乘积态传感从根本上受限于标准量子极限(SQL)标度,并开发了四种通过纠缠或连续信号放大突破此限制的方案,在编码距离上实现指数级误差抑制的海森堡极限精度。对于空间非均匀场,贝叶斯边缘化处理在噪声随系统规模足够衰减时仍能保持海森堡标度。这一被形式化为“编码量子信号处理”的底层机制,将多量子比特计量学简化为有效的单量子比特问题,其中校验子测量实现了非线性信号转换。 数值模拟验证了理论预测:在裸探针接近SQL的噪声水平下,基于校验子的推断仍能实现近海森堡标度;采用级联协议时,该标度在横向噪声与纵向非均匀性共同作用下仍得以保持。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-03-24 04:43

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