科学家们调查了量子压缩如何增强复杂量子系统中的测量准确性，提供了在量子传感、成像和雷达技术等领域的潜在应用。这些发现可能会通过更灵敏的生物传感器在GPS精度和早期疾病诊断等领域带来改善。
来自东北大学的Le Bin Ho博士研究了量子压缩如何提高复杂量子系统中的测量准确性，可能应用于量子传感、成像和雷达技术。这项研究可能促进GPS精度和更快速的疾病检测等领域的发展。
量子压缩是量子物理中的一个原理，涉及在一个系统的一个方面减少不确定性，同时在另一个相关方面增加不确定性。为了可视化这一点，可以想象一个充满空气的圆气球：在不受干扰时，它看起来是完美的球形。然而，如果你挤压一侧，它会扁平并在相反方向延长。这个类比反映了在压缩量子态中的过程，通过减少一个测量（比如位置）的不确定性（或噪声），你增加了另一个测量（比如动量）的不确定性。有趣的是，总体不确定性保持不变，仅仅在这两个属性之间重新分配。即使总不确定性保持不变，这种“压缩”也允许对一个特定变量进行更准确的测量。
这种策略已经证明在只需要精确监测一个变量的测量中有效，如提高原子钟的准确性。然而，在需要同时测量多个因素的场景中，例如物体的位置和动量，则面临更大的挑战。
在发表在《物理评论研究》的研究中，Le Bin Ho博士调查了压缩技术如何提高涉及多个因素的量子系统中的测量精度。他的分析提供了理论和数值发现，为理解在这些复杂测量中实现最大精度的机制作出了贡献。
“我们的研究旨在深入了解量子压缩如何在涉及估计多个相位的更复杂测量场景中发挥作用，”Le解释说。“通过识别最大化精度的方法，我们可以有可能解锁量子传感和成像领域的新技术进展。”
该研究关注一个情景，其中一个三维磁场与一组相同的二能级量子系统相互作用。在理想条件下，这些测量的精度可以达到理论上的最佳准确性。然而，以前的研究在解释这一现象时遇到了困难，特别是在仅一个方向实现完全量子纠缠的实际情况中。
这项研究具有重要的前景。通过增强跨多个相位的量子测量精度，它可能在各种技术中带来显著进展。例如，量子成像的进展可能导致更清晰的图像，量子雷达系统可能以更高的准确性检测物体，而原子钟也可能达到更高的精度，从而有利于GPS和其他时间依赖技术。在生物物理学领域，它可能增强MRI等方法，并提高分子和细胞测量的准确性，从而提高生物传感器在早期疾病检测中的灵敏度。
“我们的结果有助于全面理解量子传感中如何提高测量精度，”Le补充道。“这项研究不仅拓展了量子科学的视野，还为量子技术的未来铺平了道路。”
展望未来，Le打算研究这一机制如何随着不同类型的噪声而变化，并探索减轻噪声的策略。
