利用非高斯态实现最优相位不敏感力传感
量子计量学能够实现接近基础物理定律所设定极限的灵敏度。即便仅采用单个连续模式,也能提升测量精度,其改进程度与占据数呈比例关系。由于具有高信息容量,连续模式可被用于设计量子非高斯态——这些态不仅能提升计量性能,还可针对特定实验平台和条件进行定制。最近在量子态连续平台控制方面的进展,重新激发了人们对弱力传感(包括与宏观大质量物体耦合作用)的研究热情。 该研究团队探索了一种力传感方案:物理过程会完全随机化相空间位移方向,未知力强度则通过激发数分辨测量进行推断。研究人员发现,仅当每第N个福克态被占据时才存在的N间隔态(N-spaced states),能够逼近可实现的传感极限。此外,相比具有相同占据数的高斯态,非高斯态展现出更强的退相干抵抗能力。虽然福克态通常具备最佳的抗退相干性能,但团队发现计量领域存在一个转变现象——通过定制的"退相干感知型费希尔信息奖励泛函"揭示——当面临实验约束时,一类粒子数压缩的薛定谔猫态会显现优势。 具体而言,通过在最小自旋-玻色子系统中实施量子最优控制,该工作确认这类态能在损耗动力学和有限系统可控性条件下最大化力灵敏度。研究结果为增强各类连续量子系统的力传感能力提供了新路径,适用范围涵盖机械振荡器等大质量系统,至量子光场与微波谐振器等无质量系统。
