抗干扰的高精度量子测量技术

量子计量旨在利用量子资源提高测量精度，然而传统方法常受退相干（环境导致量子态恶化）和临界慢化（系统接近量子相变临界点时演化速度显著变慢）的限制。本研究提出并验证了一种基于临界量子现象的计量方案，该方案能在加速系统达到临界点的同时，保持绝热演化的稳健性。

研究采用Jaynes-Cummings模型（由量子比特与光子模式相互作用构成），信号场耦合到光子模式以驱动系统。在临界点以下，系统存在独特的暗态，信号信息编码于暗态的量子比特激发数中。该激发数在临界点处的变化率发散，且对退相干和非绝热效应（如状态泄漏到亮态）表现出极强的稳健性——即使系统因实验误差泄漏到亮态，量子比特的状态在临界点仍保持一致，确保了测量的可靠性。

通过数值模拟发现，光子数对状态泄漏敏感，而量子比特激发数则不受其影响。在超导电路实验中（Xmon量子比特与微波谐振器构成Jaynes-Cummings模型），测量结果显示：量子比特激发数随信号场振幅的变化与理想暗态理论结果吻合良好；量子费希尔信息（衡量测量精度的关键指标）和信噪比在临界点附近呈现临界增强，达到海森堡极限精度，且对时序误差和频率涨落不敏感。

该方案通过将信号编码于暗态量子比特激发数，解决了传统临界计量中临界慢化和退相干的问题，为高精度量子传感提供了新途径。其工作范围可通过可调耦合器扩展，有望应用于高保真单量子比特门、光子量子信息处理等领域。