近日，理学院量子精密测量与调控团队在量子信息的研究取得重要进展，有关研究成果以“Super-Heisenberg Scaling Using Nonlinear Quantum Scrambling”为题发表在量子信息领域顶级期刊《NPJ Quantum Information》上。
现有大部分研究都围绕与探针粒子数N相关的超海森堡标度展开。当探测系统哈密顿量含时，可轻易得到以演化时间T的超海森堡标度规律。但一般而言，待测参数均为不含时参量，将其编码至封闭量子系统中时更是如此。由此产生一个关键问题：若探测系统哈密顿量不含时间项，能否依靠非线性效应实现超海森堡标度？此外，过往文献为实现超海森堡标度，均需将待测参数编码在系统哈密顿量的非线性项中。由此引出另一项极具研究价值的重要问题：若将待测参数编码于哈密顿量线性项中，是否依旧能够实现超海森堡标度？
该研究尝试回答了这两个问题。通过选取合适的探测系统哈密顿量，可借助非线性量子制乱实现超海森堡标度的测量精度。本文将待测测量参数编码于系统哈密顿量的线性分量中；哈密顿量的非线性分量与线性分量不对易，进而实现信息的置乱扩散。若要最终达成海森堡标度，还需满足一项附加约束条件：线性分量与非线性分量的多重对易子必须为零。本文推导了驱动信号场（如电磁场）的测量精度极限，以及实现超海森堡标度的判定条件。实际物理系统不可避免地会与环境发生相互作用，进而引发系统耗散。但在腔场模型中，耗散效应会致使超海森堡标度特性消失。重要的是，研究发现外部注入压缩光与腔内压缩相结合的方案，能够有效恢复超海森堡标度，甚至可实现测量精度的指数级提升，同时该方案还具备天然的热噪声抗干扰能力。
据了解，《NPJQuantum Information》是自然出版集团与全球知名研究机构以开放获取形式出版的一系列在线出版物“自然合作期刊”（Nature Partner Journals, NPJ）之一，为多学科和跨学科期刊，致力于发表威尼斯注册送58量子信息的最佳研究，包括量子计算，量子通信和量子精密测量等，考虑从基础研究到应用和技术的杰出工作。该期刊是中国科学院1区top期刊，5年影响因子是9.4。
该文章的第一作者兼通讯作者是谢东教授，该研究工作得到了国家自然科学基金支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41534-026-01277-0
信息来源：理学院
图文：谢东|一审：吴果林|二审/编辑：吕佳|三审：李雨思
