我国科学家提升量子测量精度

为高精度传感器研发开辟新路径

湖北日报讯 （记者李玉麟）近日，中国科学院精密测量院束缚体系量子信息处理研究团队联合中山大学、深圳大学等单位，在量子测量领域取得重大突破——首次通过实验实现了基于纠缠增强的量子锁相探测技术，将测量精度提升到量子力学允许的天花板级别，也就是科学家所说的“海森堡极限”。相关成果已于2025年12月6日发表在国际权威期刊《自然—通讯》上。

1927年，26岁的物理学家海森堡提出了量子力学中大名鼎鼎的“测不准原理”，从而推导出量子精密测量的理论精度极限。简单而言，海森堡极限就是利用量子测量方案所能达到的测量精度极限。

生活中，我们常遇到“信号被噪音掩盖”的情况，比如收音机里的杂音。在科研中，要从强噪声里提取微弱信号更难。而“锁相放大技术”这种传统技术就像给信号调频道，让目标信号和参考信号对齐，再过滤掉噪音。然而，近年来发展的量子锁相探测技术，仅利用量子系统特有的相干特性，始终难以突破标准量子极限。

此次研究团队首次将量子纠缠引入量子锁相探测过程，探索了多体纠缠在提升测量精度方面的潜力。他们用两个被囚禁的钙离子，让它们形成量子纠缠状态——就像一对“心灵感应”的粒子，无论相距多远，一个有变化，另一个瞬间“感知”。再结合特殊的脉冲序列当参考信号，相当于给探测装上双保险。实验结果表明，使用纠缠态时，频率测量精度接近海森堡极限。

更厉害的是，这项技术的测量精度会随着时间推移，以平方反比的速度提升，比传统方法的线性提升快得多。研究团队还优化了脉冲序列技术，能减少实验误差，让它在实际应用中更靠谱。

上月初在“荆楚科普大讲堂”院士科普报告会上，中国科学院院士孙和平曾表示：“量子时代为时空基准带来新突破，我们要攻克相对论框架下的精密测量难题。”

此番中国科学院精密测量院在量子测量上的突破，在国际上首次实验实现了纠缠增强技术与量子锁相测量技术的结合，实现了突破标准量子极限的含时信号测量。相关专家表示，不仅为未来研制高精度量子传感器、开发新型量子探测装置开辟了新的技术路径，也在实际的量子传感器件（如原子钟、磁力仪和弱力探测器等）中有广泛的潜在应用，对推动量子信息和量子物理基础研究具有重要意义。

该研究以中国科学院精密测量院博士生王彬、袁文飞与中山大学副教授章嘉伟、深圳大学助理教授庄敏为论文共同第一作者。精密测量院副研究员周飞、研究员冯芒与深圳大学教授李朝红为论文共同通讯作者。