熟悉的挤压气球动作与传感器中量子挤压的概念之间的视觉比较。来源：东北大学

量子压缩是量子物理学中的一个概念，其中系统某一方面的不确定性降低，而另一相关方面的不确定性增加。

想象一下挤压一个充满空气的圆气球。在正常状态下，气球是完美的球形。当您挤压一侧时，它会变平并向另一个方向伸展。这代表了在压缩量子态中发生的情况：你正在减少一个量（如位置）的不确定性（或噪声），但这样做会增加另一个量（如动量）的不确定性。

但是，总体不确定性保持不变，因为您只是在两者之间重新分配它。即使总体不确定性保持不变，这种 “挤压” 也能让您以比以前更高的精度测量其中一个变量。

该技术已用于在只需要精确测量一个变量的情况下提高测量精度，例如提高原子钟的精度。然而，在需要同时测量多个因素（例如物体的位置和动量）的情况下，使用挤压更具挑战性。

在发表在《物理评论研究》上的一篇新论文中，东北大学的 Le Bin Ho 博士探讨了压缩技术在提高具有多种因素的量子系统测量精度方面的有效性。该分析提供了理论和数值见解，有助于确定在这些复杂测量中实现最高精度的机制。

“这项研究旨在更好地了解如何在涉及多相估计的更复杂的测量情况下使用量子压缩，”Le 说。“通过弄清楚如何实现最高水平的精度，我们可以为量子传感和成像领域的新技术突破铺平道路。”

该研究着眼于三维磁场与一组相同的两能级量子系统相互作用的情况。在理想情况下，测量的精度可以尽可能精确。然而，早期的研究一直难以解释这是如何工作的，尤其是在只有一个方向实现完全量子纠缠的现实世界中。

这项研究将具有广泛的意义。通过使多相的量子测量更加精确，它可以显著推动各种技术的发展。例如，量子成像可以产生更清晰的图像，量子雷达可以更准确地探测物体，原子钟可以变得更加精确，从而改进 GPS 和其他时间敏感技术。

在生物物理学中，它可能会导致 MRI 等技术的进步，并提高分子和细胞测量的准确性，提高用于早期检测疾病的生物传感器的灵敏度。

“我们的发现有助于更深入地了解量子传感测量精度提高背后的机制，”Le 补充道。“这项研究不仅突破了量子科学的界限，还为下一代量子技术奠定了基础。”

展望未来，Le 希望探索这种机制如何随着不同类型的噪声而变化，并探索减少它的方法。

更多信息：Le Bin Ho，挤压诱导的量子增强多相估计，物理评论研究（2024 年）。DOI： 10.1103/PhysRevResearch.6.033292

期刊信息： Physical Review Research