基于多粒子相互作用系统的下一代量子传感器开辟了一条新路径

近日，电子科技大学基础与前沿研究院Abolfazl Bayat教授团队在国际著名期刊《Physical Review Letters（物理评论快报）》上发表了题为《Global sensing and its impact for quantum many-body probes with criticality》的研究成果。电子科技大学基础与前沿研究院博士后Victor Montenegro为论文第一作者，博士后Utkarsh Mishra为第二作者，Abolfazl Bayat教授为论文通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为第一作者单位。该论文涉及量子技术的热门话题之一：量子传感。  注：《Physical Review Letters》是物理领域顶级国际学术期刊，2019年影响因子为8.385。
 
在探索例如深海和恶劣的太空环境这样的未知领域时，需要感知周围环境参数的探测器能够在周围环境产生大范围变化的时候也可以正常工作。大多数常规传感器的功能范围有限，超出这些范围它们将无法可靠地运行。Abolfazl Bayat教授团队提出了一种新方案，该方案可以量化传感器在宽范围内工作时的性能。这为传感器的优化提供了一种系统的方法，可以在任何较大的参数范围内以最佳精度运行。此方法被用于在临界区内性能胜过所有经典传感器的量子多粒子传感器上。这个方法使得我们可以通过优化外部磁场强度来保证传感器一直在临界区附近工作。此外，这种机制允许优化单个量子多粒子传感器，使得我们可以可靠地同时测量多个独立参数在很大范围内的变化情况。  上图简单的描述了这种方法。量子多粒子传感器的临界区将不同的相位分离。我们感兴趣的区域可能非常宽且距离该临界区很远。传感器只能在临界区上以最佳方式工作。通过优化传感器的外部参数，我们可以将感兴趣的区域沿着临界区移动到最佳位置。
 
该提案为基于多粒子相互作用系统的下一代量子传感器开辟了一条新路径，使得我们可以在更大的参数范围内以前所未有的精度测量各种环境变量。