由于退相干，量子比特狀態向球體的“北極”衰減。利用本研究中的相干穩定傳感協議，研究人員暫時抵消了這種衰減，導致本研究協議（藍色）中的傳感信號（y分量）比標準協議（紅色）中更大。圖片來源：美國南加州大學

科技日報北京4月29日電 （記者張佳欣）據29日《自然·通訊》雜志報道，美國南加州大學的研究人員展示了一種新型量子傳感技術，可借助新的相干穩定協議對抗量子退相干。其性能大幅超越傳統方法，有望推動從醫學成像到基礎物理研究等多個領域的進步。

量子傳感是指利用量子系統（如原子、光子或量子比特）作為傳感器，以極高的精度測量物理量（如腦活動、超高精度時鐘或重力異常），其精度往往超越經典傳感器的極限。但幾十年來，量子傳感器的性能一直受到退相干的限制。退相干是由環境噪聲引發的一種不可預測的行為。退相干會使量子系統的狀態隨機紊亂，從而抹除一切量子傳感信號。

新研究中，團隊在實驗中的量子比特上采用一種新的預定相干穩定協議（即為了保持量子態穩定、提高測量精度而設計的一整套操作流程），暫時克服了長期以來存在的退相干問題，穩定了量子態的一項關鍵特性。

該實驗顯著提高了對量子系統中微小頻率偏移的測量精度。研究中的相干穩定傳感協議使傳感信號能夠比使用標準協議傳感測量時變得更大。這種穩定性對于檢測微弱信號至關重要。

該研究在檢測量子比特頻率方面，達到了迄今為止最高的靈敏度。更重要的是，這種協議無需反饋，也不需要額外的控制或測量資源，因此能立即應用于各種量子計算和量子傳感技術。

團隊在超導量子比特上演示這一協議，與被稱為拉姆齊干涉測量法的標準協議相比，測量效率提高了1.65倍。理論分析表明，在某些系統中，該協議的潛在改進幅度最高可達1.96倍。演示實驗表明，無需借助實時反饋或糾纏多個傳感器等復雜技術，也能改進量子傳感器。