最近幾天，中國科學技術大學鄒長嶺研究組與清華大學交叉信息研究院孫魯彥研究組合作，在超導量子系統(tǒng)中首次利用玻色量子糾錯編碼提高了量子精密測量的靈敏度相關結果在線發(fā)表在《自然通訊》上

自上世紀以來，測量精度的不斷提高促進了生物，醫(yī)學，天文學，化學等領域的技術和研究的發(fā)展測量精度每提高一分貝，都可能推進研究前沿，甚至開辟新的研究領域大多數(shù)精密測量使用自旋系綜或玻色諧振子來檢測弱信號其中，系綜是指大量具有相同性質和結構，在一定宏觀條件下處于各種運動狀態(tài)的獨立系統(tǒng)的集合比如激光引力波干涉天文臺，利用激光干涉儀探測宇宙中引力波引起的空間振動

伴隨著量子信息技術的發(fā)展，科學家認為憑借獨特的量子效應，有望實現(xiàn)超越經(jīng)典極限的精密測量精度在過去的十年里，量子精密測量在理論上得到了廣泛的研究科學家提出奇異量子態(tài)可以提高傳感器的信息獲取率，許多初步實驗也證明了它在精密測量方面的潛力但是，由于環(huán)境噪聲引起的退相干，奇異量子態(tài)是脆弱的和其他量子技術一樣，量子優(yōu)勢也會受到退相干的影響，因此在實踐中很難實現(xiàn)雖然有研究者提出量子糾錯可以保護量子態(tài)的相干性，但是在實際應用中將量子糾錯和量子精密測量結合起來是非常具有挑戰(zhàn)性的

最近幾年來，清華大學量子信息中心超導量子研究組一直致力于量子糾錯的研究此次，中國科大鄒長嶺研究組和清華交叉信息學院孫魯彥研究組開發(fā)了近似量子糾錯和量子躍遷追蹤方法，首次論證了近似玻色量子糾錯編碼可以增強量子精密測量的精度其中，躍遷是指量子力學系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生跳躍式變化的過程

上述實驗中的樣品由一個超導量子位與兩個微波諧振腔耦合而成，其中長壽命的作為探測腔，短壽命的作為接收腔研究人員首先將探測腔內的光場態(tài)制備成不同光子態(tài)的疊加態(tài)，這是典型的奇異量子態(tài)，然后，外部信號源發(fā)射的微波信號被接收腔接收通過兩個腔的相互作用，探測腔內光場疊加態(tài)的相對相位會隨時間積累最后，通過讀取探測腔內光場態(tài)的相位信息，測量接收腔內的微波信號強度

同時，在探測過程中，為了抵抗環(huán)境噪聲引起的接收腔內光場疊加態(tài)的退相干，前述團隊在單次實驗中多次使用近似量子糾錯運算，并能跟蹤誤差的個數(shù)，從而增強了其量子精密測量方案所能達到的測量靈敏度。

上述實驗是最近幾年來首次使用玻色量子糾錯碼來增強量子精密測量，證明了量子糾錯可以用來提高量子精密測量的性能該方案可以擴展到離子阱系統(tǒng)和新興的量子聲學平臺量子聲學是基于量子力學和量子場論的聲學分支它研究超聲波和聲子在固體中的產(chǎn)生，探測和傳播，聲子與其他粒子和微結構的相互作用，以及量子液體中的聲學現(xiàn)象

與量子糾錯在量子信息存儲中的傳統(tǒng)應用不同，上述實驗表明，利用近似量子糾錯來增強量子精密測量的精度是近期量子應用的一個新概念，為今后量子精密測量與量子糾錯相結合的研究提供了一個新思路研究成果不僅揭示了量子信息技術在傳感領域的潛在優(yōu)勢，也推動了玻色量子技術的進一步研究