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量子计量学 编辑

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量子计量学

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量子计量学是利用量子理论描述物理系统,特别是利用量子纠缠和量子挤压对物理参数进行高分辨率和高灵敏度测量的研究。这一领域有望开发出比在经典框架下进行的相同测量更精确的测量技术。与量子假设检验一起,它代表了量子传感基础的一个重要理论模型。

数学基础

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量子计量学的一个基本任务是估计参数通常情况下,系统是由许多粒子组成的,而哈密尔顿是一个单粒子项的总和{displaystyleH_{k}}作用于第k个粒子。作用于第k个粒子。在这种情况下,粒子之间没有相互作用,而我们谈论的是线性干涉仪。可实现的精度由量子Cramér-Rao边界自下而上限定为

量子计量学的例子

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值得注意的一个例子是在马赫-泽恩德干涉仪中使用NOON状态来进行精确的相位测量。类似的效果也可以用不太奇特的状态产生,如挤压态。在原子组合中,自旋挤压态可用于相位测量。

量子计量学的应用

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一个特别值得注意的重要应用是在LIGO或Virgo干涉仪等项目中探测引力辐射,其中必须对两个相距很远的质量之间的相对距离进行高精度测量。然而,量子计量学所描述的测量目前还没有在这种情况下使用,因为很难实现。此外,还有其他影响引力波探测的噪声源,必须首先克服。然而,计划可能要求在LIGO中使用量子计量学。

量子计量学

缩放和噪声的影响

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量子计量学的一个核心问题是精度,即参数估计的方差,如何与粒子的数量成比例。经典干涉仪无法克服射出噪声限制然而,如果存在不相关的局部噪声,那么对于大颗粒数来说,精度的缩放又回到了射出噪声的缩放上

与量子信息科学的关系

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量子计量学与量子信息科学之间存在着紧密的联系。已经证明,量子纠缠需要在磁测法中超过经典干涉法的完全极化的自旋集合的表现。已经证明,类似的关系对任何线性干涉仪普遍有效,与方案的细节无关。此外,为了实现越来越好的参数估计精度,需要越来越高的多级纠缠。此外,量子系统的多个自由度的纠缠(称为超纠缠),可以用来提高精度,其提高是由每个自由度的纠缠产生。


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词条目录
  1. 量子计量学
  2. 数学基础
  3. 量子计量学的例子
  4. 量子计量学的应用
  5. 缩放和噪声的影响
  6. 与量子信息科学的关系

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