中國科學報訊（記者王敏）中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊李傳鋒、陳耕等人與香港大學同行合作，利用量子不確定因果序，實現(xiàn)了超越海森堡極限精度的量子精密測量。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-物理學》。

量子不確定因果序的示意圖。藍色和紅色路線經(jīng)過兩個門的時序不同且處于量子疊加態(tài)。中國科學技術(shù)大學供圖

量子精密測量致力于把量子力學原理運用到各種測量任務中，以實現(xiàn)超過經(jīng)典極限的測量精度。海森堡極限被認為是利用量子方法和資源所能達到的最終極限。

近年來，學術(shù)界提出了一種新的量子結(jié)構(gòu)，即量子不確定因果序。量子力學的疊加原理不僅允許不同量子本征態(tài)之間的疊加，也允許兩個事件處于兩個相反時序的量子疊加中。這種新型量子資源已被證實可以在特定的量子計算和量子通信任務中提供優(yōu)勢，然而此前工作都是基于離散變量體系，未能直接應用于量子精密測量任務。

研究人員設(shè)計了一種全新的雜化量子裝置，即用一個離散量子比特控制光子兩組連續(xù)變量的演化時序，實驗實現(xiàn)了不確定因果序，進而實現(xiàn)了對演化產(chǎn)生的幾何相位的超海森堡極限的精密測量。實驗結(jié)果表明，新方法在實驗演示范圍內(nèi)獲得了對確定因果序方法理論上的最高測量精度，即海森堡極限的絕對優(yōu)勢，實驗結(jié)果逼近理論上的超海森堡極限。

該實驗使用單個光子作為探針，不存在光子間的相互作用，且單次測量所需要的能量不超過單個光子的能量，從而實現(xiàn)了首個在規(guī)范化資源定義下超越海森堡極限的實驗工作。該實驗對不確定因果序和量子精密測量的理解均產(chǎn)生了重要影響。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02046-y