更稳更准！量子计量新方案拓宽应用范围

近日，中国工程物理研究院研究生院傅立斌研究员课题组与东北师范大学合作，在量子精密测量领域取得重要进展，提出了基于相空间鞍点置乱的增强量子计量新方案，相关成果以“Enhanced Quantum Metrology via Saddle-Point Scrambling in Phase Space”为题发表于国际权威物理期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）。

量子计量利用量子纠缠、压缩等非经典效应突破标准量子极限，是精密测量、引力波探测、量子传感等领域的核心方向。传统临界增强量子计量需将参数精确调控至临界点附近，适用范围窄、实验要求苛刻，极大限制了实际应用。

研究创新性地将量子信息置乱与非线性动力学相结合，提出量子置乱集成（QSI）方案，通过分析相空间轨迹几何结构，优化初态选择与参数编码过程。团队以双模玻色-爱因斯坦凝聚体为研究体系，发现将自旋相干态置于鞍点与分界线上，可使测量精度达到海森堡标度，精度显著优于常规方案。

研究表明，鞍点与分界线处的量子态对参数变化极度敏感，能高效开启高增益量子激发通道，量子费舍尔信息在分界线区域达到峰值，激发效率较传统通道提升数倍。与临界增强方案相比，新方案无需逼近临界点，便可实现在更宽参数范围内保持超高精度，大幅降低实验控制难度，实用性显著提升。

此外，该方案还可推广至双轴反扭哈密顿量与混沌动力学系统，即便在混沌区、规则区与混沌区的分界线仍能保持高计量性能，展现出极强的普适性。团队进一步推导了长时间演化下量子费舍尔信息的解析表达式，揭示了精度增强源于能谱对参数变化的高敏感性，从物理本质上阐明了鞍点置乱的增益机制。

该工作首次将相空间非线性动力学与量子信息置乱融合，突破了传统量子计量对临界条件的严格依赖，为设计更简单、更鲁棒、更广适用的量子精密测量方案提供了全新路径，对发展下一代高精度量子传感器、原子干涉仪等具有重要意义。

论文第一作者为中物院研究生院博士后邵磊，通讯作者为傅立斌研究员，合作者邢海军是东北师范大学青年教师，研究得到了国家自然科学基金等项目支持。（记者蔡琳）

  全文详见：https://link.aps.org/doi/10.1103/4sn5-ngdg