基于冷原子系综的非高斯型纠缠态的量子精密测量理论研究

Quantum metrology is the science of investigating how to utilize the principles and features of quantum mechanics to improve the measurement precision. It is of great importance for both fundamental sciences and practical technologies. It can be used to verify the basic laws of physics and design high-precision quantum devices. Attributed to well-developed techniques of manipulating and detecting ultracold atoms, ultracold atomic systems provide an opportunity for implementing quantum metrology. Making use of the intrinsic atom-atom interaction, many different kinds of multi-particle entangled states have been prepared experimentally. Recently, some kinds of non-Gaussian entangled states have been created in experiments, which attracted much attention. This project will investigate the quantum metrology with non-Gaussian entangled states in cold atomic ensembles. Based on the realistic ultracold atomic systems, we will investigate: (i) how the decoherence and other imperfection in experiments affect the parameter estimation with non-Gaussian entangled states; (ii) in what condition the non-Gaussian entangled states can still beat the standard quantum limit; (iii) how to search the optimal input state and its corresponding interference processes and detection.

量子精密测量是研究如何通过量子力学的基本原理和特性来提高测量精度的科学，其研究对基础科学与前沿技术的发展都具有重要意义。它不仅适用于高精度地检验物理学基本原理，而且能应用于设计制造高精度的量子器件。随着制备和探测超冷原子的实验技术发展，超冷原子体系为量子精密测量的研究提供了一个新的机遇。利用超冷原子之间固有的碰撞相互作用，人们可以制备多种多体纠缠态。最近，不少非高斯型纠缠态在实验上成功实现，引起了人们的关注。本项目将研究基于冷原子系综的非高斯型纠缠态的量子精密测量。基于实际的超冷原子体系，我们将逐步探究：（1）常见的退相干机制及其他非完美性对非高斯型纠缠态进行参数估计的影响；（2）非高斯型纠缠态在什么条件下仍能实现突破标准量子极限的测量；（3）如何探寻最优的输入态以及与之对应的干涉过程与探测方法。

量子精密测量是研究如何通过量子力学的基本原理和特性来提高测量精度的科学，其研究对基础科学与前沿技术的发展都具有重要意义。它不仅适用于高精度地检验物理学基本原理，而且能应用于设计制造高精度的量子器件。随着制备和探测超冷原子的实验技术发展，超冷原子体系为量子精密测量的研究提供了一个新的机遇。利用超冷原子之间固有的碰撞相互作用，人们可以制备多种多体纠缠态。最近，不少非高斯型纠缠态在实验上成功实现，引起了人们的关注。本项目将研究基于冷原子系综的非高斯型纠缠态的量子精密测量。基于实际的超冷原子体系，我们研究了：（1）如何利用非高斯型纠缠态进行参数估计；（2）新型非高斯型纠缠态的测量精度极限；（3）如何探寻最优的探测方法接近各种非高斯型纠缠态的精度极限。