中國科大時間對稱增強型量子傳感器研究取得重要進展
【化工儀器網 科技前沿】近日，中國科大郭光燦院士團隊在量子傳感和宇稱-時間(PT)對稱系統的實驗研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、唐建順研究組首次實現了PT對稱增強型量子傳感器，其靈敏度比傳統量子傳感器提高了8.86倍。該研究成果2020年12月10日發表在期刊《物理評論快報》上。
PT對稱理論是為了擴展量子力學而發展起來的，但它首先在經典物理系統中取得了巨大的成功，它有許多違反直覺的現象和引人注目的應用，包括單向光傳輸、無線能量傳輸、PT對稱增強的傳感器等。一個很自然的問題是能否在量子系統中實現這些現象和應用，尤其是能否利用PT對稱來增強量子傳感器的靈敏度？理論研究表明這是可行的，難點在于構建破缺的量子PT對稱系統。
在前期工作中，李傳鋒、唐建順研究組已經利用量子開放系統[Nature Photonics 10, 642(2016)]和非厄米量子邏輯門[Phy. Rev. Lett. 124, 230402 (2020)]構建出了量子PT對稱系統。
在這項工作中，研究組構造了一個弱測量輔助的量子PT對稱系統。利用弱測量的弱值直接測量包括實部和虛部在內的系統的全部能譜，并且該系統可以有效地從非對稱破缺區域過渡到對稱破缺區域。基于該系統，研究組首次實現了PT對稱增強型量子傳感器，并研究了與提高靈敏度的條件相關的各種特性。
實驗結果表明，將工作點設置在PT對稱系統的破缺奇異點，則這種量子傳感器的靈敏度相較于傳統的量子傳感器提高了8.86倍。另外，通過分別檢測能量劈裂的實部和虛部，還可以得到擾動方向的信息。
文章的第一作者是中科院量子信息重點實驗室的俞上博士和博士研究生孟雨。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科學院、安徽省、博士后科學基金的資助。
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