通过量子谐振子的次谐波激发实现非线性增强的宽带传感

量子计量学的一个关键优势在于能够通过使用非经典态突破测量精度的标准量子极限（SQL）。然而，当测量持续时间超过底层量子态的退相干时间时，使用非经典态通常几乎无法提高精度。因此，旨在追求终极精度的测量几乎完全使用经典态进行，从而受到 SQL 的限制。在此，我们证明通过使用次谐波激发现象，结合近期展示的谐振子 Raman 激发技术，可以在低于相应线性发生器 SQL 的分辨率下测量电场频率。利用该方法，我们测量了一射频电信号，其分数频率不确定度为 0.56 Hz/80 MHz=7e-9，据我们所知，这是使用量子谐振子对射频电信号进行的最高精度频率测量。由于输入态可以是经典的，相干时间不会因通常与非经典态相关的增强退相干而降低，从而提高了最终可达到的精度。虽然我们通过单个 \ca 离子的运动 Raman 次谐波激发及工程化 Floquet 态演示了该技术，但该技术预计可扩展至其他平台，如 NV 中心、固态量子比特和中性原子，在这些平台中，它可为射频、微波和光学域的传感提供计量增益。