韩国科学技术研究院（KIST）量子技术中心展示了世界上首个超高清分布式量子传感器网络。通过应用一种特殊的量子纠缠态，即“多模式N00N态”，该团队实现了对精度和分辨率的同时提升。

图：韩国科学院

精确计量构成了先进科学技术的基本基础，包括生物成像、半导体缺陷诊断和太空望远镜观测。然而，迄今为止，计量中使用的传感器技术一直面临着称为“标准量子极限”的物理障碍。超越这一极限的一个有前途的替代方案是分布式量子传感器——一种将多个空间上分离的传感器连接到一个大规模量子系统中的技术，从而实现高精度测量。迄今为止，努力主要集中在提高精度上，而将这种方法扩展到高分辨率成像的潜力尚未得到充分证明。

韩国科学技术院（KIST）量子技术中心的林香达博士的研究团队展示了世界上第一个超高分辨率分布式量子传感器网络。通过将一种特殊的量子纠缠态（称为“多模 N00N 态”）应用于分布式传感器，该团队实现了精度和分辨率的同时提高。

以前关于分布式量子传感器的工作主要依赖于单光子纠缠态，这可以提高精度，但对于需要精细区分干涉图案的高分辨率测量来说是有限的。KIST 研究人员采用的“多模 N00N 态”涉及沿特定路径纠缠的多个光子，从而产生更密集的干涉条纹。因此，分辨率显着提高，同时即使是最小的物理变化也可以以高灵敏度检测到。

该技术不仅接近量子技术可达到的终极精度水平“海森堡极限”，而且还显示出在超分辨率成像中的应用潜力。这一成就尤其重要，因为它表明，在包括美国和欧洲国家在内的主要发达国家将量子传感器指定为下一代战略技术并正在该领域进行大量投资之际，韩国能够确保国际竞争力。

该团队创建了一个跨越四种路径模式的双光子多模 N00N 态，并使用它同时测量两个不同的相位参数。结果，与传统方法相比，他们实现了约 88% 的精度（提高了 2.74 dB），从而不仅在理论上而且在实验上都展示了接近海森堡极限的性能。

该成果在生命科学、半导体工业、精准医学和太空观测等需要精密计量的领域具有广泛的应用潜力。例如，它可以对传统显微镜难以解析的亚细胞微结构进行高清晰度成像，检测半导体电路中的纳米级缺陷，以及精确观察通过普通望远镜显得模糊的遥远天文结构。

“这一成就标志着一个重要的里程碑，展示了基于量子纠缠技术的实用量子传感器网络的潜力，”KIST 的 Hyang-Tag Lim 博士说。“未来，当与基于硅光子学的量子芯片技术相结合时，它可以应用于广泛的日常应用。”

KIST成立于1966年，是韩国第一家政府资助的研究机构。KIST现在致力于通过领先和创新的研究解决国家和社会挑战，确保增长引擎。欲该研究发表在最新一期的国际期刊《物理评论快报》。