電子科技大學(xué)基于多粒子相互作用擴(kuò)大量子傳感感知范圍

近日，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院Abolfazl Bayat教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊《Physical Review Letters(物理評(píng)論快報(bào))》上發(fā)表了題為《Global sensing and its impact for quantum many-body probes with criticality》的研究成果。電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院博士后Victor Montenegro為論文第一作者，博士后Utkarsh Mishra為第二作者，Abolfazl Bayat教授為論文通訊作者，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院為第一作者單位。該論文涉及量子技術(shù)的熱門話題之一：量子傳感。

在探索例如深海和惡劣的太空環(huán)境這樣的未知領(lǐng)域時(shí)，需要感知周圍環(huán)境參數(shù)的探測(cè)器能夠在周圍環(huán)境產(chǎn)生大范圍變化的時(shí)候也可以正常工作。大多數(shù)常規(guī)傳感器的功能范圍有限，超出這些范圍它們將無法可靠地運(yùn)行。Abolfazl Bayat教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新方案，該方案可以量化傳感器在寬范圍內(nèi)工作時(shí)的性能。這為傳感器的優(yōu)化提供了一種系統(tǒng)的方法，可以在任何較大的參數(shù)范圍內(nèi)以最佳精度運(yùn)行。此方法被用于在臨界區(qū)內(nèi)性能勝過所有經(jīng)典傳感器的量子多粒子傳感器上。這個(gè)方法使得我們可以通過優(yōu)化外部磁場(chǎng)強(qiáng)度來保證傳感器一直在臨界區(qū)附近工作。此外，這種機(jī)制允許優(yōu)化單個(gè)量子多粒子傳感器，使得我們可以可靠地同時(shí)測(cè)量多個(gè)獨(dú)立參數(shù)在很大范圍內(nèi)的變化情況。

上圖簡(jiǎn)單的描述了這種方法。量子多粒子傳感器的臨界區(qū)將不同的相位分離。我們感興趣的區(qū)域可能非常寬且距離該臨界區(qū)很遠(yuǎn)。傳感器只能在臨界區(qū)上以最佳方式工作。通過優(yōu)化傳感器的外部參數(shù)，我們可以將感興趣的區(qū)域沿著臨界區(qū)移動(dòng)到最佳位置。

該提案為基于多粒子相互作用系統(tǒng)的下一代量子傳感器開辟了一條新路徑，使得我們可以在更大的參數(shù)范圍內(nèi)以前所未有的精度測(cè)量各種環(huán)境變量。