通过混合量子开关实现测量精度的非线性增强

量子计量学通过使用适当定制的量子态和探测策略，承诺实现超越经典极限的测量精度。然而，由于生成高质量大规模探针的困难，扩展这一优势在实验上具有挑战性。在这里，我们构建了一个光子装置，通过以相干控制顺序执行的操作来操纵探针的动力学，从而实现增强的精度缩放。我们的装置以相干控制顺序应用未知旋转和已知轨道角动量增加，以再现涉及由离散和连续变量生成的门的混合量子SWITCH。当光子经历$2m\theta$的旋转和$2l \hbar$的角动量位移时，未知旋转角$\theta$的测量精度缩放为$1/4ml$。实际增强因子高达2317，在我们的实验中，使用$7.16\times10^7$个光子时，最终精度为$0.0105^{\prime \prime}$，对应于每个光子约$\approx 10^{-4}$弧度的归一化精度。我们的实验中不存在光子相互作用，精度增强仅消耗线性增加的物理资源，同时实现精度的非线性缩放。我们进一步指出，这种非线性增强源于对海森堡不确定性原理（HUP）的深入探索，我们的发现不仅加深了对HUP的理解，也为量子计量学的进步铺平了道路。