多体量子锁相放大器

在噪声环境中实现对时变信号的高精度探测是物理学中的普遍问题，也是计量学中的关键任务。锁相放大器是一种能够从极强噪声环境中提取出具有已知载波频率的交变信号的探测器。在此，我们提出一种利用多体量子干涉测量与周期性多脉冲实现纠缠增强型锁相放大器的方案。通常，量子干涉测量包含三个阶段：初始化、询问与读出。多体量子锁相放大器可通过在询问阶段加入合适的周期性多-$\pi$-脉冲序列来实现。我们的解析结果表明，通过选取合适的输入态与读出操作，可利用布居数测量同时提取未知交变场的频率与振幅。特别地，若输入自旋猫态并采用基于相互作用的读出操作，频率与振幅的测量精度均可逼近海森堡极限。此外，我们的多体量子放大器对极端随机噪声具有鲁棒性。我们的研究可能为利用多体量子系统测量时变信号指出新方向，并为实现对交变信号的海森堡极限探测提供可行途径。