测量误差减半，新方法显著提高了量子传感器精度！

光子盒研究院

量子物理学使得传感器的制造精度远远超过了经典设备。现在，《自然》杂志上的几项研究表明，利用有限范围相互作用产生的纠缠可以显著提高这些量子传感器的精度。Christian Roos领导的因斯布鲁克研究人员利用多达51个粒子的纠缠离子链证明了这种提高。

“Quantum-enhanced sensing on optical transitions through finite-range interactions”
世界各地的计量机构利用基于原子自然振荡的原子钟来管理我们的时间。这些钟表在卫星导航或数据传输等应用中举足轻重，最近，通过在光学原子钟中使用更高的振荡频率，这些钟表得到了改进。科学家们展示了如何利用产生纠缠的特殊方法来进一步提高光学原子钟功能不可或缺的测量精度。

量子系统的观测总是受到一定统计不确定性的影响。Christian Roos团队的Johannes Franke解释说：“这是量子世界的本质决定的。纠缠可以帮助我们减少这些误差。”在美国博尔德 JILA 理论家Ana Maria Rey的支持下，因斯布鲁克的物理学家们在实验室里对纠缠粒子集合的测量精度进行了测试。研究人员使用激光来调节排列在真空室中的离子间相互作用，并将它们纠缠在一起。
“相邻粒子之间的相互作用会随着粒子间距离的增加而减弱。因此，我们利用自旋交换相互作用，让系统表现得更有集体性。”因斯布鲁克大学理论物理系的Raphael Kaubrügger解释说。
因此，链中的所有粒子都相互纠缠，产生了所谓的“挤压量子态”。物理学家以此证明，通过将51个离子与单个粒子纠缠在一起，测量误差大约可以减半。在此之前，纠缠增强传感主要依赖于无限的相互作用，这就限制了它只适用于某些量子平台。

因斯布鲁克物理学家将链中的所有粒子相互纠缠，产生了“挤压量子态”。

使用51个量子比特的自旋相干(coherent spin state, CSS)和自旋压缩态(spin-squeezed state, SSS)进行相位估计。

通过他们的实验，因斯布鲁克量子物理学家能够证明量子纠缠使传感器更加灵敏。Christian Roos说：“我们在实验中使用了一种光学转变，原子钟也采用了这种转变。”
这项技术可以改进目前使用原子钟的领域，如卫星导航或数据传输。此外，这些先进的时钟还能为寻找暗物质或确定基本常数的时间变化等研究提供新的可能性。
后续，Christian Roos和他的团队希望在二维离子群中测试这种新方法。
参考链接：[1]https://phys.org/news/2023-08-quantum-entanglement-accuracy-advanced-sensors.html[2]https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63559.php[3]https://scitechdaily.com/entanglement-enhanced-sensing-paves-the-way-for-advanced-quantum-sensors/ 
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