近日，我院2020级本科生唐绍博经由陈刚教授团队的青年教师指导，在临界量子传感方面取得进展，相关成果以第一作者发表于入选Nature index的物理类重要期刊Physical. Review. A 108, 053514 (2023)。论文的第一单位为郑州大学物理学院，论文通讯作者为我院的王东阳副研究员、苏石磊副教授和闫磊磊研究员。

在量子临界点附近，体系的序参量通常会具有发散性质，相邻量子态的可区分性也会明显提高，因此如何利用这种临界效应去实现增强的量子传感已经成为了近期探讨的前沿研究领域。

本文在腔光力系统中提出了临界量子传感的方案，利用腔光力系统模型在弱场和弱信号测量具备天然优势，讨论该模型由稳定区过渡到非稳定区时的量子传感现象。当处于量子临界点附近时，由于待测物理参数的量子fisher信息发散，所以相应的理论测量精度极限（Cramèr-Rao下界）提高。此外，通过误差传递理论给出了零差检测方案的预期精度，并与量子fisher信息进行比对。文中采用叠加态和相干态作为量子初态分别进行演算，误差传递函数与量子fisher信息在同一数量级，保证了较高的测量精度，同时也说明提出的方案不需要严苛的初态编码，提高了本方案在实验上实现的可行性。

图一、叠加态：（a）不同λ下算符X的平均值，内置图：其关于λ的偏导；（b）不同λ的量子fisher信息，内置图：误差传递函数与量子fisher信息的比值。相干态（λ取0.98）：（c）不同相干态的量子fisher信息；（d）不同相干态误差传递函数与量子fisher信息的比值。

方案主要有以下特点：

(1)与Rabi模型相比，本方案中的有效失谐方便调控，能够较容易满足工作中的频率要求。

(2)文章理论上证明了腔光力系统的临界量子传感可以不需要复杂的初态制备就达到较高的精度，有效降低了实验上验证的难度。

(3)结合了腔光力系统和临界点附近测量增强的属性，进一步提高了对弱信号测量的精度。

该工作为实现基于量子临界现象的量子传感提供了一种新的实验依据和理论基础，对量子参数估计和量子精密测量做出了一定的贡献。以上研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、中国博士后科学基金和河南省自然科学基金的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.053514