通过探针-辅料相互作用实现量子测量中的海森堡标度

海森堡标度是量子力学原理允许的参数估计的终极精度限制，而在经典领域中没有对应的概念，长期以来一直是量子测量的追求目标。已知探针之间的相互作用可以在不涉及纠缠的情况下达到海森堡标度。本文我们证明，探针与附加辅料系统维度之间的相互作用，若测量方案设计得当，也可在不涉及纠缠的情况下提高参数估计精度，以超越标准量子极限并达到海森堡标度。量子费米鲁尔信息随演化时间呈现周期性模式，暗示存在最佳测量时间点，可最大化量子费米鲁尔信息。通过对哈密顿量、探针和辅料系统的初始状态、相互作用强度以及测量时间点进行优化，我们的协议在探针哈密顿量参数的演化时间和探针数量两方面均实现了海森堡标度。我们的协议具有两个方面：(i) 在不涉及纠缠的情况下即可实现海森堡标度；(ii)仅对辅料进行局部测量即可，两者都降低了实现海森堡标度的量子资源和实现复杂度。本文最后研究了噪声对该协议的影响。