通过混合量子开关非线性增强测量精度的研究

量子计量学通过采用精心设计的量子态和检测策略,有望实现超越经典极限的测量精度。然而,由于高质量大规模探针的制备困难,在实践中放大这一优势面临巨大挑战。研究团队构建了一个光量子实验装置,通过相干控制顺序的操作来调控探针动力学,实现了增强型精度标度律。该装置以相干控制顺序施加未知旋转和已知轨道角动量增益,复现了涉及离散与连续变量生成门操作的混合量子开关(SWITCH)结构。当单个光子经历2mθ的旋转和2lℏ的角动量变化时,其对未知旋转角θ的测量精度标度达到1/(4ml)。实验获得的实际增强因子高达2317倍,在使用7.16×10^7个光子时达到0.0105角秒的极限精度,对应单光子归一化精度约10^-4弧度。该实验无需光子间相互作用,在仅消耗线性增长物理资源的同时,实现了精度的非线性标度提升。研究工作进一步揭示了这种非线性增强源于对海森堡不确定性原理(HUP)的深度挖掘,该发现不仅深化了对HUP的理解,还为量子计量学的发展开辟了新路径。

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