近日，深圳大学量子精密测量研究所和物理与光电工程学院李朝红课题组在纠缠增强量子精密测量领域取得重要进展。研究团队针对相互作用多体量子体系，提出了一种交替同相-正交调制方案，构建了覆盖纠缠态制备、信号积累和相互作用读出的全流程交替同相-正交调制方案，实现了对固有相互作用的选择性利用与抑制，可实现突破标准量子极限的高精度高准确度量子精密测量。相关成果以“Entanglement-Enhanced Quantum Metrology via Alternating In-Phase and Quadrature Modulation”为题，于2026年9月2日发表在物理学领域国际权威期刊Physical Review Letters上。
多粒子量子纠缠是量子精密测量突破传统测量瓶颈的物理基础。粒子间相互作用是产生多粒子纠缠的前提，但在信号积累阶段，无法关闭的固有相互作用会带来频移、并引起量子态畸变和噪声放大，从而降低测量的准确度。传统的量子精密测量方案通常需要对相互作用进行快速且精确的动态调控。然而，在玻色凝聚原子气体和固态自旋等许多实际体系中，实现这种快速且精确的动态调控仍面临巨大挑战。因此，如何在不直接调控相互作用本身的情况下，利用其制备纠缠且抑制其破坏信号积累，是纠缠增强量子精密测量中的一个重要问题。
针对这一问题，研究团队提出了交替同相-正交调制方案。该方案通过周期性交替施加同相和正交驱动场，利用Floquet工程分别构造测量过程各阶段所需的有效哈密顿量。在时间交错演化过程中，同相和正交调制阶段中相互作用带来的影响相互抵消，使待测信号可进行有效的相位积累，从而在不直接关闭相互作用的条件下，实现了对其不利影响的有效抑制（图1）。研究结果表明，该方法在强相互作用和长信号积累时间下均能保持优于标准量子极限的测量精度，并对调制频率、驱动强度、相位偏差以及动态参数涨落等具有良好的鲁棒性。
图1 交替同相-正交调制
在此基础上，研究团队进一步提出了全流程交替同相-正交调制量子精密测量方案。在整个测量过程中，粒子间固有相互作用始终保持不变，交替同相-正交调制被用于选择性地利用或抑制相互作用的影响。在纠缠制备阶段，利用调制将单轴扭曲相互作用有效转化为能够快速产生自旋压缩的双轴扭曲相互作用；在信号积累阶段，利用调制抵消相互作用对信号积累的破坏；在读出阶段，则利用调制构造反向双轴扭曲动力学，实现基于相互作用的信号放大（图2）。由此，纠缠制备、信号积累和相互作用读出三个阶段被统一到同一调制框架中，无需对原始相互作用进行直接调控。
图2 全流程交替同相-正交调制及测量不确定度
特别是，全流程交替同相-正交调制方案的测量不确定度随粒子数的标度达 [N^(-0.95)]，非常接近海森堡标度[N^(-1)]，并且即使在较强探测噪声下仍能超越标准量子极限 [N^(-0.5)]。该方案兼具高精度、高准确度和较强的实验鲁棒性，可应用于玻色凝聚原子、腔量子电动力学系统、囚禁离子、里德堡缀饰原子气体、热原子系综以及核磁共振系统等多种实验平台。
此外，交替同相-正交调制方案所实现的有效相互作用反号，不仅适用于量子精密测量，还可为Floquet调控、非平衡多体动力学、非时序关联函数、量子混沌以及量子信息置乱等领域提供新的调控手段，尤其适用于难以直接反转相互作用符号的量子多体系统平台。
该成果以“Entanglement-Enhanced Quantum Metrology via Alternating In-Phase and Quadrature Modulation”为题发表在Physical Review Letters。深圳大学博士后马继浩为论文第一作者，中山大学副教授黄嘉豪和深圳大学讲席教授李朝红为共同通讯作者。该研究得到量子通信与量子计算机国家科技重大专项、国家自然科学基金以及广东省量子科学战略专项等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/djlj-pnlk
（物理与光电工程学院 供稿）
