基于能级移动效应相干放大的弱电场与磁场量子传感

提出一种通过对量子比特中小能级移动效应进行相干放大来测量其微小能级移动的方法。该方法基于以两种方式重复施加同一相互作用脉冲：各后续脉冲具有相同相位，以及脉冲间具有交替的 $\pi$ 相位移动（即负号）。考虑了两类特定脉冲：共振 $\pi$ 脉冲与绝热啁啾脉冲，二者均以高保真度产生完全的布居反转。在存在微弱环境外电场或磁场时，随之而来的斯塔克或塞曼移动导致能级移动，从而产生静态失谐。在共振与绝热两种方案中，小的能级移动不会大幅改变跃迁概率；然而，它能显著改变传播子中的动力学相位。重复施加同一脉冲极大地放大了动力学相位的变化并将其映射至布居上。因此可较精确地测量能级移动效应。研究发现，具有交替相位的脉冲序列可提供大得多的误差放大与共振附近更陡的激发曲线，从而对小能级移动具有更高灵敏度。利用熟知的非交叉 Rosen-Zener 与 Rabi 模型以及交叉 Demkov-Kunike 模型导出了灵敏度的显式解析估计。该方案提供了一种简单工具，可使用产生反转量子门的同一脉冲快速、精确地传感弱电场与磁场，而无需复杂的层析或纠缠操作。