混合量子系统在双稳态转变点处的例外灵敏性
量子物理
2025-07-15 v1
摘要
相位转变可显著性地改变系统动力学，解锁新行为并提高性能。例外点（EP），即耦合线性系统的特征值和相应特征向量相互重合的地方，对于感知应用尤其相关，因为它们可以将传感器对外部扰动的响应放大，从光学相位位移到引力波。然而，线性EP处特征向量的共现会放大噪声，抵消信噪比（SNR）的增益。本文通过引入非线性克服了这一限制，在双稳态转变点（BP）处展现出例外SNR。我们将最先进的金刚石量子传感器耦合到非线性范德波尔振荡器中，形成一种在BP处同时具有单值和双稳态相位的自振混合系统。这些相位的边界由两类转变标记：adiabatic转变和确定性非adiabatic转变，这些转变实现了镜像状态切换和在BP处的状态共现。关键的是，NV磁传感器在BP附近表现出17倍的SNR增益，实现了纪录水平的灵敏度170 fT/√Hz。该结果超越了理想热限制下电子磁计的灵敏度极限，解决了关于EP类物理在先进量子感知中存在的长期争论。
引用
@article{arxiv.2507.09691,
title = {Exceptional sensitivity near the bistable transition point of a hybrid quantum system},
author = {Hanfeng Wang and Kurt Jacobs and Donald Fahey and Yong Hu and Dirk R. Englund and Matthew E. Trusheim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.09691},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 4 figures