中国科大提出不需要共同参考系的分布式量子传感协议

　　近日，中国科年夜郭光灿院士团队正在漫衍式量子传感研究中取患上冲破性进展。该团队李传锋、陈耕等人提出一种反向编码和谈，打破了因为配合参考系缺掉形成的“禁戒定理”（No-go theorem）。相干结果颁发正在国际出名期刊《天然·通信》上。

　　年夜空间标准下的漫衍式量子传感可以经由过程正在多个观测点间分享量子纠缠，晋升丈量的精确性以及精度。然而正在真实场景中，因为没有同观测点之间自然缺乏配合参考系而无奈提取全局信息，这个限定是物理世界本征的局域性以及对称性配合配置的“禁戒定理”。针对该难题，研究团队初次提出一种反向编码和谈。该和谈经由过程打破编码历程中的对称性，胜利降服了这个“禁戒定理”，可正在仅应用局域操作的环境下彻底恢复量子费舍尔信息，并完成海森堡极限的丈量精度。

图1：漫衍式量子传感场景

　　正在量子信息处置惩罚中，准确的参考系犹如帆海中的“罗盘”或修建中的“标尺”，是界说量子比特状况（如光子偏振、原子自旋）的根蒂根基。然而正在漫衍式量子收集使命中，例如相距悠远的星载量子传感器或寰球时钟同步收集，因为站点间的空间别离、绝对静止或情况滋扰等，成立一个准确同一的同享参考系每每极为坚苦以至不成行。这类“标尺”的缺掉会招致两类紧张前因：一是遭到“禁戒定理”的限定，即要是编码历程仅限于当地，那末参考系的平均效应将彻底抹除了所编码的信息，这同样成为阻碍漫衍式量子传感走向实用化的焦点瓶颈。二是发生近似退相关的噪声，粉碎量子态的相关性。

　　针对这一应战，研究团队再也不试图泯灭资本去“对齐标尺”，而是另辟蹊径，成立了一套全新的实践框架。研究职员提出一种基于两拷贝局域幺正没有变收集态的“反向编码”计谋。要是将参考系掉准比作一种“扭转迷雾”，传统的同向编码体式格局会让旌旗灯号沉没正在迷雾中无奈辨认。而团队提出的“反向编码”计谋，则是正在两个量子态拷贝上施加相反的参数编码操作。这类操作巧妙地打破了拷贝之间的互换对称性，使患上被编码的参数信息再也不被“扭转迷雾”掩饰笼罩。

图2：两拷贝局域幺正没有变“反向编码”和谈

　　实践推导与数值摹拟标明，该和谈不只可以或许经由过程多拷贝“免疫”参考系掉准带来的噪声，还能正在局域操作下完备地恢复量子费舍尔信息。更为要害的是，关于同享了纠缠态的N个观测点，该方案可以或许坚持1/N的海森堡极限精度。此外，研究团队进一步证实仅需对当地的两个粒子采纳简略的“局域贝尔态丈量”就能以最优的体式格局提取全数信息，而无需分外的帮助量子比特或非局域操作。这一发明极年夜地升高了试验完成的庞大度。

　　该事情从实践上扫清了漫衍式量子传感正在无同享参考系下使用的底子停滞，提出的方案基于现有的成熟的量子技能就能够完成。该和谈为将来构建高精度的星地量子传感收集、漫衍式光钟等现实使用奠基松软的实践根蒂根基。

　　论文的第一作者为中国迷信技能年夜学博士生许华卿以及李恭初。该研究获得了国度天然迷信基金委、合胖国度试验室以及中国迷信技能年夜学等的赞助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67771-9