利用里德堡相互作用实现具有固有抗探测损耗鲁棒性的微波场量子计量学

量子传感与计量学是量子技术领域最有前景的近期应用之一，量子传感器能够以前所未有的精度测量电场、磁场、引力场和位移。探测阶段的实验损耗仍然是许多实际场景中实现真正量子优势的关键障碍之一。在此，我们结合了里德堡原子既能感知外场又能用于量子信息处理的能力，从而在很大程度上克服了探测损耗的问题。我们利用系综中里德堡原子的大偶极矩，实现了$\SI{39}{\nV\per\cm \hertz\tothe{-1/2}}$的灵敏度，同时采用原子间偶极-偶极相互作用，利用一种错误预防协议，保护信息免受探测阶段常规损耗的影响。与直觉相反，该协议的思想基于引入一个额外的非线性、有损量子通道，这导致费舍尔信息增强了3.3倍。所呈现的结果为更广泛地采用由传感器系统中存在的内禀相互作用所启发的量子信息增强技术铺平了道路，更广泛地说，也为实用量子计量学和通信铺平了道路，而无需通用量子计算机。