光学磁力计的量子信息:半经典 Cramer-Rao 界的违背与 Heisenberg 比例
量子物理
2026-01-06 v1
摘要
光学磁力计使用由法拉第效应引起的线性偏振激光光旋转来进行高精度磁场测量. 本文进行深入的量子信息调查, 采用两种不同模型: 第一个半经典模型在弱耗散和大原子数情况下可将量子 Cramer-Rao 界违背数个数量级, 在此参数区间无效化半经典方法. 第二个模型描述原子为集体自旋, 对所有参数都遵守 Cramer-Rao 界. 有趣的是, 集体模型还预测量子 Fisher 信息具有 Heisenberg 比例. 两种模型的比较表明, Heisenberg 比例是由测量引起的量子关联在原本非相互作用的量子系统中产生的. 由于 Heisenberg 比例出现在宏观量子系统的平稳态中, 因此可视为量子感知的一种新范式. 有趣的是, 两种模型与实验数据的比较可构成对宏观原子基团中量子力学基础的测试.
引用
@article{arxiv.2601.01820,
title = {Quantum information of optical magnetometry: Semiclassical Cramer-Rao bound violation and Heisenberg scaling},
author = {Georg Engelhardt and Ming Li and Xingchang Wang and JunYan Luo and J. F. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.01820},
year = {2026}
}
备注
28 pages including appendices; 5 figures; comments are welcome