- 分布式量子傳感器網絡實現接近海森堡極限的超高分辨率
- 來源：韓國科學技術研究院（NST） 發表于 2025/11/9
利用薩格納克干涉儀產生的貝爾態生成多模 N00N 態，并將生成的糾纏態傳輸至每個模式。通過相位編碼后進行局部測量，實現對兩個相位平均值的估算。來源：韓國科學技術研究院（KIST）
精確測量是先進科技的基礎，廣泛應用于生物成像、半導體缺陷診斷和太空望遠鏡觀測等領域。然而，目前測量領域使用的傳感器技術，始終面臨著一道名為 “標準量子極限” 的物理壁壘。
突破這一極限的潛在方案是分布式量子傳感器。該技術將多個空間分離的傳感器連接成一個大型量子系統，從而實現高精度測量。截至目前，相關研究主要聚焦于提升測量精度，而將該技術拓展至高分辨率成像的潛力尚未得到充分驗證。
韓國科學技術研究院（KIST）量子技術中心的林祥澤（Hyang-Tag Lim）博士團隊，成功演示了全球首個超高分辨率分布式量子傳感器網絡。該研究成果已發表于《物理評論快報》期刊。
該團隊將一種特殊的量子糾纏態 ——“多模 N00N 態” 應用于分布式傳感器，同時實現了測量精度與分辨率的雙重提升。
此前的分布式量子傳感器研究主要依賴單光子糾纏態，這類糾纏態雖能提升測量精度，但在需要精細區分干涉圖樣的高分辨率測量中存在局限。
KIST 研究團隊采用的多模 N00N 態，由沿特定路徑糾纏的多個光子構成，可產生密度更高的干涉條紋。這一特性不僅顯著提升了分辨率，還能以高靈敏度探測到極小的物理變化。
該技術不僅接近 “海森堡極限”（量子技術可實現的最高精度水平），還展現出在超分辨率成像領域的應用潛力。
這一成果具有特殊意義：當前美國、歐洲等主要發達國家已將量子傳感器列為下一代戰略技術，并在該領域投入大量資源，而該成果意味著韓國有望在這一領域占據國際競爭力。
研究團隊構建了在四個路徑模式間糾纏的雙光子多模 N00N 態，并利用該糾纏態同時測量兩個不同的相位參數。
結果顯示，與傳統方法相比，該技術的測量精度提升了約 88%（改善 2.74 分貝），在理論和實驗層面均證明其性能接近海森堡極限。
該成果在需要精確測量的領域具有廣泛應用潛力，涵蓋生命科學、半導體工業、精準醫療和太空觀測等。
例如，它可對傳統顯微鏡難以分辨的亞細胞微觀結構進行高清晰度成像；探測半導體電路中的納米級缺陷；還能對普通望遠鏡觀測中模糊的遙遠天體結構進行精確觀測。
KIST 的林祥澤博士表示：“這一成果標志著重要的里程碑，證明了基于量子糾纏技術的實用化量子傳感器網絡的潛力。”
“未來，將其與基于硅光子學的量子芯片技術相結合，有望應用于各類日常場景。”
更多信息：Dong-Hyun Kim 等，《基于多模 N00N 態的分布式量子傳感》，《物理評論快報》（2025）。DOI：10.1103/4vdx-7224；預印本平臺 arXiv：DOI：10.48550/arxiv.2508.02070
期刊信息：《物理評論快報》（Physical Review Letters）、arXiv 預印本平臺
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