科技日報記者 夏凡
在量子科技飛速發展的今天，量子信息處理和量子計量學成為科研領域的前沿熱點。記者7月31日獲悉，寧波大學物理科學與技術學院張成杰教授及其團隊，在量子費舍爾信息（QFI）與量子相干性之間的動態關系上取得突破性進展。該研究不僅在理論上建立了兩者之間的分解關系，更通過實驗進行了驗證，為量子參數估計和量子傳感領域帶來了全新視角和潛在應用。相關成果近日發表在國際期刊《科學進展》上。
量子參數估計是眾多科學與技術領域中的核心課題，其目標是高精度地確定量子系統的未知參數。量子費舍爾信息作為量子參數估計的主要工具，能夠衡量量子態對參數變化的敏感度，并給出量子Cramér-Rao下界（QCRB），它定義了量子參數估計精度的理論極限。而量子相干性作為量子信息處理的關鍵資源，對于提升量子計量任務的性能起著至關重要的作用。盡管兩者在量子計量學中都扮演著重要角色，但它們之間的精確關系卻一直未被充分探究。
該研究從理論上提出了量子費舍爾信息與量子相干性之間的分解定律。對于純態情況，該定律表明，在幺正變換下，輸出態的QFI受到該系統最大QFI和輸入純態相干性的乘積的限制?；谶@一理論，研究團隊進一步建立了一個不依賴于最終態信息的估計參數方差的下界，這一成果為量子參數估計提供了新的理論基礎。
為了驗證這一理論，研究團隊設計并開展了一系列實驗。在實驗上實現了希爾伯特空間維數D=2和D=3系統下，QFI與量子相干性之間的關系。實驗結果與理論預測高度一致，有力地證實了QFI與量子相干性之間的分解定律。這些實驗不僅展示了量子相干性作為量子計量學中提升估計精度的資源潛力，還揭示了即使在無法直接測量最終態的情況下，僅通過分析初始態的量子相干性，也能夠對參數估計的精度進行有效的推斷。實驗結果表明，在D=2情況下，通過選擇特定的初始態和測量算符，可以實現對參數的最優估計。在D=3情況下，實驗團隊驗證了分解定律的普適性，并在理論上證明了混態輸入時QFI與初態相干性之間所滿足的動力學關系。
據介紹，這項成果不僅在理論上豐富了量子計量學的內涵，更為實際應用提供了新的思路。優化初始態的量子相干性和量子通道的性質，可以顯著提高量子參數估計的精度，這對于量子傳感、量子通信以及量子計算等領域都具有重要意義。
