近日，芬蘭阿爾托大學、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工工學院、俄羅斯莫斯科物理技術學院的科研人員組成的一支科研團隊挑戰(zhàn)了極限，提出一種采用量子系統(tǒng)測量磁場的方法，精確度超過了標準量子極限。

背景

我們測量事物的精確程度是有限的。拿X光圖像來說，它就很可能是模糊不清的，而且只有專家醫(yī)師才可以恰當?shù)亟庾x。不同組織之間的反差很小，但是可以通過更長的曝光時間、更高的照射強度來改善，或者也可以通過拍攝幾張圖像并疊加它們的方法來改善。

一個公認的經(jīng)驗法則就是所謂的“標準量子極限”：測量的精確度與可用資源的平方根成反比。換句話說，你采用的資源（時間、輻射功率、圖像數(shù)量等）越多，你的測量就越精確。然而，這只能讓你的認識達到這種程度：極度的精確意味著要采用極多的資源。

創(chuàng)新

近日，芬蘭阿爾托大學（Aalto University）、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工工學院（ETH Zurich）、俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）的科研人員組成的一支科研團隊挑戰(zhàn)了極限，提出一種采用量子系統(tǒng)測量磁場的方法，精確度超過了標準量子極限。他們的論文發(fā)表于負有盛名的雜志《 npj Quantum Information 》。

實驗儀器配置圖

（圖片來源：參考資料【2】）

技術

從硅芯片上鋁帶釋放出的人造原子可用于檢測磁場

（圖片來源：Babi Brasileiro /芬蘭阿爾托大學）

當設備被冷卻至極低溫度時，不可思議的事情發(fā)生了：電流在其中的流動沒有受到任何阻擋，并開始表現(xiàn)出類似那些真實原子的量子力學特性。

當采用微波脈沖（與家用微波爐中的微波不同）輻照時，人造原子的狀態(tài)發(fā)生了變化。結(jié)果表明，這種變化取決于外部施加的磁場：通過測量原子，你就可以計算出磁場。

但是為了超越標準量子極限，必須采用另一個方法，也就是采用一項與機器學習一個廣泛應用的分支相似的技術：模式識別。

來自 ETH Zurich 的通訊作者，現(xiàn)工作于俄羅斯莫斯科MIPT 的Andrey Lebedev表示：“我們采用了一種自適應技術。首先，我們展開測量，然后根據(jù)測量結(jié)果，讓我們的模式識別算法決定如何改變下一步采用的控制參數(shù)，從而實現(xiàn)最快速的磁場測量。”

磁場感測：限定在算法的連續(xù)步驟中的概率分布（研究中采用的兩種算法分別以紅色和藍色表示），帶來磁通量值的精準識別。綠色曲線是標準的量子極限分布，背景是設備的干涉圖樣特征。

（圖片來源：Sergey Danilin 和 Sorin Paraoanu/芬蘭阿爾托大學）

價值