腔-磁振子系统中超越稳态极限的定向量子磁强测量

该团队为腔-磁振子系统提出了一种瞬态量子传感框架,该框架规避了传统稳态协议中初始态量子特性不可避免的损耗问题。通过明确纳入有限时间动力学并以工程化稳态作为初始条件,该工作推导出了精确的瞬态噪声谱。研究表明,仅凭残余的初始量子关联就能显著提升短时信噪比,使其超越非压缩稳态方案所能达到的水平。通过对瞬态谱密度进行分析并对正交腔场正交分量进行联合测量,该团队实现了所有三个磁场分量的无串扰重构,从而能够实现磁信号的定向。在长时间极限下,该理论得到了封闭形式的稳态噪声谱,并揭示了一个共振条件gam=κaκm/2,在该条件下腔场量子噪声被完全抵消,无需强相干耦合。偏离该共振时,注入压缩可进一步抑制腔诱导噪声并扩展探测带宽。将该框架扩展至由N个钇铁石榴石(YIG)球体构成的阵列后,会产生一个集体亮模,其中磁振子-探针噪声按1/N比例缩放。该团队的研究结果为利用腔-磁振子平台实现可扩展、高精度、多维度的量子磁力测量建立了一条统一路径。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-30 09:00

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