近日，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究Abolfazl Bayat 教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)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)表于中科一區(qū)Top期刊《Physical Review Letters》。2021級(jí)博士研究生楊曜菱為論文*作者，Abolfazl Bayat 教授為通訊作者，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究為論文*單位。
 
  利用量子力學(xué)實(shí)現(xiàn)未知參數(shù)的精密估計(jì)，是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)探索和實(shí)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(jì)的理論框架已較為完善，但實(shí)際應(yīng)用往往涉及同時(shí)估計(jì)多個(gè)未知參數(shù)，這極大增加了問(wèn)題的復(fù)雜性，帶來(lái)了嚴(yán)峻的理論和實(shí)踐挑戰(zhàn)。
 
  為有效解決多參數(shù)量子傳感問(wèn)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(shí)，將直接導(dǎo)致參數(shù)估計(jì)難以進(jìn)行。這種奇異性可能由以下原因引起：(一)現(xiàn)實(shí)中本應(yīng)彼此獨(dú)立的未知參數(shù)，在量子探針的編碼過(guò)程中可能產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；(二)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)可能不足以同時(shí)區(qū)分所有待估參數(shù)。針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)不足引發(fā)的奇異性問(wèn)題，本研究提出了一種通用且簡(jiǎn)潔高效的連續(xù)測(cè)量策略。該策略僅需對(duì)連續(xù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行跟蹤，甚至只需要局限在單個(gè)量子比特這樣的小型子系統(tǒng)上完成。通過(guò)該方法，測(cè)量數(shù)據(jù)間可以產(chǎn)生指數(shù)增長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)，有效克服Fisher信息矩陣的奇異性問(wèn)題。此外，這一方法無(wú)需改變測(cè)量基底、無(wú)需施加外部控制場(chǎng)，也無(wú)需引入反饋機(jī)制。

  圖片說(shuō)明：圖(i)：一維自旋鏈探針在局部序列測(cè)量下的示意圖；圖(ii)： 利用序列測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)多參數(shù)變量進(jìn)行貝葉斯估計(jì)得到的二維后驗(yàn)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(cè)量策略*應(yīng)用于強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)未知參數(shù)的推斷。研究結(jié)果表明，這種連續(xù)量子測(cè)量方法具有廣泛的適用性，實(shí)驗(yàn)要求低，可望在多種量子傳感平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)對(duì)多參數(shù)的高精度估計(jì)。
 
  基礎(chǔ)與前沿研究的Abolfazl Bayat教授研究團(tuán)隊(duì)在量子傳感與精密測(cè)量、量子模擬與機(jī)器學(xué)等領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突出成果，已在《自然通訊》(Nature Communications、WWW.SHZY4.COM/WWW.SHSAIC.NET)、《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)、《通訊物理》(Communications Physics)、《量子科學(xué)與技術(shù)》(Quantum Science and /WWW.SHHZY3.CN/Technology)等國(guó)際SCI一區(qū)期刊上發(fā)表多篇論文。團(tuán)隊(duì)的研究興趣主要集中在兩個(gè)方向：(一)量子傳感與精密測(cè)量；(二)量子模擬與機(jī)器學(xué)。該項(xiàng)目同時(shí)得到了前電子科技大學(xué)研究員Victor Montenegro博士的協(xié)助。