8 月 21 日消息，近日，合肥國家實驗室 / 深圳國際量子研究院俞大鵬、徐源研究員課題組，聯合合肥國家實驗室 / 中國科學技術大學鄒長鈴教授等研究團隊，在基于超導量子線路系統的量子精密測量領域取得了重要突破性實驗進展。

聯合研究團隊在高品質因子的超導微波諧振腔中成功制備了高達 100 個光子的福克態，并在此基礎上實現了接近海森堡極限的量子增強精密測量技術，展示了大光子福克態（Fock states）在高精度量子探測中的優勢，為高精度量子測量技術的發展開辟了新道路。

相關研究成果以“Quantum-enhanced metrology with large Fock states”為題于 2024 年 8 月 20 日在線發表在國際學術期刊《自然?物理》（Nature Physics）上。

據合肥國家實驗室官方介紹：

經典的測量方法往往受限于標準量子極限的制約，其測量精度很難進一步提升。而量子力學提供了超越這一極限的潛力，其測量精度原則上可以達到量子力學框架下的最高精度極限，也就是海森堡極限。

相比于標準量子極限，其測量精度增益正比于系統粒子數的平方根。然而，在實際的應用中，想要達到海森堡極限，如何有效地操控和測量大規模的非經典量子態仍然是一項重要的實驗挑戰。

為了攻克這些難題，聯合研究團隊巧妙利用單個簡諧振子或玻色模式中的大光子數福克態，成功實現了硬件高效的、超越標準量子極限的高精度探測。

在該研究工作中，研究人員在超導量子比特的輔助下開發出一種玻色模式光子數濾波器的量子控制方法，在高品質因子的超導微波諧振腔中高效制備出高達 100 個光子的福克態，遠超過之前福克態的光子數，刷新了該領域的世界紀錄。

在此基礎上，研究人員充分利用這些非經典福克態的量子特性，實現對微波電磁場的微小位移或相移變化的高靈敏度探測，測量精度增益超越標準量子極限高達 14.8dB，逼近海森堡極限，達到了國際先進水平。

該研究工作得到了廣東省科技廳、深圳市科創委、國家自然科學基金委，合肥國家實驗室等的支持。

附論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41567-024-02619-5

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總結

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