近日，美國(guó)南加州大學(xué)的研究人員展示了一種新型量子傳感技術(shù)，可借助新的相干穩(wěn)定協(xié)議對(duì)抗量子退相干。其性能大幅超越傳統(tǒng)方法，有望推動(dòng)從醫(yī)學(xué)成像到基礎(chǔ)物理研究等多個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步。

量子傳感是指利用量子系統(tǒng)（如原子、光子或量子比特）作為傳感器，以極高的精度測(cè)量物理量（如腦活動(dòng)、超高精度時(shí)鐘或重力異常），其精度往往超越經(jīng)典傳感器的極限。但幾十年來(lái)，量子傳感器的性能一直受到退相干的限制。退相干是由環(huán)境噪聲引發(fā)的一種不可預(yù)測(cè)的行為。退相干會(huì)使量子系統(tǒng)的狀態(tài)隨機(jī)紊亂，從而抹除一切量子傳感信號(hào)。

新研究中，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中的量子比特上采用一種新的預(yù)定相干穩(wěn)定協(xié)議（即為了保持量子態(tài)穩(wěn)定、提高測(cè)量精度而設(shè)計(jì)的一整套操作流程），暫時(shí)克服了長(zhǎng)期以來(lái)存在的退相干問(wèn)題，穩(wěn)定了量子態(tài)的一項(xiàng)關(guān)鍵特性。

該實(shí)驗(yàn)顯著提高了對(duì)量子系統(tǒng)中微小頻率偏移的測(cè)量精度。研究中的相干穩(wěn)定傳感協(xié)議使傳感信號(hào)能夠比使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳感測(cè)量時(shí)變得更大。這種穩(wěn)定性對(duì)于檢測(cè)微弱信號(hào)至關(guān)重要。

該研究在檢測(cè)量子比特頻率方面，達(dá)到了迄今為止最高的靈敏度。更重要的是，這種協(xié)議無(wú)需反饋，也不需要額外的控制或測(cè)量資源，因此能立即應(yīng)用于各種量子計(jì)算和量子傳感技術(shù)。

團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子比特上演示這一協(xié)議，與被稱為拉姆齊干涉測(cè)量法的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相比，測(cè)量效率提高了1.65倍。理論分析表明，在某些系統(tǒng)中，該協(xié)議的潛在改進(jìn)幅度最高可達(dá)1.96倍。演示實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)需借助實(shí)時(shí)反饋或糾纏多個(gè)傳感器等復(fù)雜技術(shù)，也能改進(jìn)量子傳感器。