Stark 探针中的非线性性增强量子感测

Stark 系统即将一种线性梯度场应用于多个体系上，最近被提出用于量子感测。本文探讨了 Stark 探针在估计非线性形式的梯度场方面的感测能力，涵盖单粒子和多体相互作用体系。我们的分析揭示，这种估计可以通过增加非线性性质来实现超海森堡标度精度，即精度随非线性程度的线性增长。具体我们发现，精度标度与非线性程度之间存在普遍的代数关系。这一普遍行为在单粒子和多体相互作用探针中均成立，并体现在从扩展相到局域相通过建立全面有限大小标度分析所获得的相变属性中。考虑由线性场和非线性场组成的抛物线梯度势，我们使用多参数感测方法来估计梯度势的各个分量。该系统的相图由线性梯度场和非线性梯度场确定，表明随着 Stark 场的增大，非局域相向局域相转变。线性和非线性 Stark 场的感测精度遵循与单参数感测相同的所有普遍代数关系。我们演示了简单且可获得的测量可达到理论精度上限。最后，我们表明即使将探针的准备时间纳入资源分析中，仍可实现量子增强灵敏度。