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- 分布式量子傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)接近海森堡極限的超高分辨率
- 來(lái)源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（NST） 發(fā)表于 2025/11/9
利用薩格納克干涉儀產(chǎn)生的貝爾態(tài)生成多模 N00N 態(tài)，并將生成的糾纏態(tài)傳輸至每個(gè)模式。通過(guò)相位編碼后進(jìn)行局部測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)相位平均值的估算。來(lái)源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）
精確測(cè)量是先進(jìn)科技的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于生物成像、半導(dǎo)體缺陷診斷和太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)等領(lǐng)域。然而，目前測(cè)量領(lǐng)域使用的傳感器技術(shù)，始終面臨著一道名為 “標(biāo)準(zhǔn)量子極限” 的物理壁壘。
突破這一極限的潛在方案是分布式量子傳感器。該技術(shù)將多個(gè)空間分離的傳感器連接成一個(gè)大型量子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。截至目前，相關(guān)研究主要聚焦于提升測(cè)量精度，而將該技術(shù)拓展至高分辨率成像的潛力尚未得到充分驗(yàn)證。
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）量子技術(shù)中心的林祥澤（Hyang-Tag Lim）博士團(tuán)隊(duì)，成功演示了全球首個(gè)超高分辨率分布式量子傳感器網(wǎng)絡(luò)。該研究成果已發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》期刊。
該團(tuán)隊(duì)將一種特殊的量子糾纏態(tài) ——“多模 N00N 態(tài)” 應(yīng)用于分布式傳感器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量精度與分辨率的雙重提升。
此前的分布式量子傳感器研究主要依賴單光子糾纏態(tài)，這類糾纏態(tài)雖能提升測(cè)量精度，但在需要精細(xì)區(qū)分干涉圖樣的高分辨率測(cè)量中存在局限。
KIST 研究團(tuán)隊(duì)采用的多模 N00N 態(tài)，由沿特定路徑糾纏的多個(gè)光子構(gòu)成，可產(chǎn)生密度更高的干涉條紋。這一特性不僅顯著提升了分辨率，還能以高靈敏度探測(cè)到極小的物理變化。
該技術(shù)不僅接近 “海森堡極限”（量子技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的最高精度水平），還展現(xiàn)出在超分辨率成像領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
這一成果具有特殊意義：當(dāng)前美國(guó)、歐洲等主要發(fā)達(dá)國(guó)家已將量子傳感器列為下一代戰(zhàn)略技術(shù)，并在該領(lǐng)域投入大量資源，而該成果意味著韓國(guó)有望在這一領(lǐng)域占據(jù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了在四個(gè)路徑模式間糾纏的雙光子多模 N00N 態(tài)，并利用該糾纏態(tài)同時(shí)測(cè)量?jī)蓚�(gè)不同的相位參數(shù)。
結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)的測(cè)量精度提升了約 88%（改善 2.74 分貝），在理論和實(shí)驗(yàn)層面均證明其性能接近海森堡極限。
該成果在需要精確測(cè)量的領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力，涵蓋生命科學(xué)、半導(dǎo)體工業(yè)、精準(zhǔn)醫(yī)療和太空觀測(cè)等。
例如，它可對(duì)傳統(tǒng)顯微鏡難以分辨的亞細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行高清晰度成像；探測(cè)半導(dǎo)體電路中的納米級(jí)缺陷；還能對(duì)普通望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)中模糊的遙遠(yuǎn)天體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確觀測(cè)。
KIST 的林祥澤博士表示：“這一成果標(biāo)志著重要的里程碑，證明了基于量子糾纏技術(shù)的實(shí)用化量子傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛力�！�
“未來(lái)，將其與基于硅光子學(xué)的量子芯片技術(shù)相結(jié)合，有望應(yīng)用于各類日常場(chǎng)景�！�
更多信息：Dong-Hyun Kim 等，《基于多模 N00N 態(tài)的分布式量子傳感》，《物理評(píng)論快報(bào)》（2025）。DOI：10.1103/4vdx-7224；預(yù)印本平臺(tái) arXiv：DOI：10.48550/arxiv.2508.02070
期刊信息：《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）、arXiv 預(yù)印本平臺(tái)
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