【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院Abolfazl Bayat 教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊在量子傳感領(lǐng)域取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以題為“Overcoming Quantum Metrology Singularity through Sequential Measurements”的論文發(fā)表于中科院一區(qū)Top期刊《Physical Review Letters》。2021級博士研究生楊曜菱為論文第一作者，Abolfazl Bayat 教授為通訊作者，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院為論文第一單位。
 

　　利用量子力學(xué)實現(xiàn)未知參數(shù)的精密估計，是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿?zé)狳c之一，在基礎(chǔ)科學(xué)探索和實際應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管單參數(shù)估計的理論框架已較為完善，但實際應(yīng)用往往涉及同時估計多個未知參數(shù)，這極大增加了問題的復(fù)雜性，帶來了嚴(yán)峻的理論和實踐挑戰(zhàn)。
 

　　為有效解決多參數(shù)量子傳感問題，研究人員們通常采用Fisher信息矩陣為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)框架作為理論支撐。然而，當(dāng)Fisher信息矩陣變得奇異(即不可逆)時，將直接導(dǎo)致參數(shù)估計難以進(jìn)行。這種奇異性可能由以下原因引起：(一)現(xiàn)實中本應(yīng)彼此獨立的未知參數(shù)，在量子探針的編碼過程中可能產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；(二)測量得到的數(shù)據(jù)可能不足以同時區(qū)分所有待估參數(shù)。針對測量數(shù)據(jù)不足引發(fā)的奇異性問題，本研究提出了一種通用且簡潔高效的連續(xù)測量策略。該策略僅需對連續(xù)的測量結(jié)果進(jìn)行跟蹤，甚至只需要局限在單個量子比特這樣的小型子系統(tǒng)上完成。通過該方法，測量數(shù)據(jù)間可以產(chǎn)生指數(shù)增長的關(guān)聯(lián)，有效克服Fisher信息矩陣的奇異性問題。此外，這一方法無需改變測量基底、無需施加外部控制場，也無需引入反饋機制。
 

　　圖片說明：圖(i)：一維自旋鏈探針在局部序列測量下的示意圖；圖(ii)： 利用序列測量數(shù)據(jù)對多參數(shù)變量進(jìn)行貝葉斯估計得到的二維后驗概率熱圖。

 

　　本研究結(jié)合貝葉斯推斷方法，將提出的連續(xù)測量策略成功應(yīng)用于強關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)以及光與物質(zhì)相互作用的量子模型中，實現(xiàn)了對多個未知參數(shù)的精確推斷。研究結(jié)果表明，這種連續(xù)量子測量方法具有廣泛的適用性，實驗要求低，可望在多種量子傳感平臺中實現(xiàn)對多參數(shù)的高精度估計。
 

　　基礎(chǔ)與前沿研究院的Abolfazl Bayat教授研究團(tuán)隊在量子傳感與精密測量、量子模擬與機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域取得了多項突出成果，已在《自然通訊》(Nature Communications)、《物理評論快報》(Physical Review Letters)、《通訊物理》(Communications Physics)、《量子科學(xué)與技術(shù)》(Quantum Science and Technology)等國際知名SCI一區(qū)期刊上發(fā)表多篇論文。團(tuán)隊的研究興趣主要集中在兩個方向：(一)量子傳感與精密測量；(二)量子模擬與機器學(xué)習(xí)。該項目同時得到了前電子科技大學(xué)研究員Victor Montenegro博士的協(xié)助。