分布式量子传感器网络实现近海森堡极限的超高分辨率测量
韩国科学技术研究院（KIST）的研究团队近期取得突破，开发出一种基于多模 N00N 态的分布式量子传感器网络，成功实现了接近海森堡极限的超高分辨率测量。
该技术通过萨格纳克干涉仪生成贝尔态，进一步制备出多模 N00N 态，并将纠缠光子分配至不同路径中。每个模式经过相位编码后，通过局部测量实现对两个相位参数的估算。
高精度测量在多个关键领域中至关重要，包括生物成像、半导体缺陷检测和天文观测。然而，目前所依赖的传感器技术普遍受限于“标准量子极限”，这成为进一步提升精度的主要瓶颈。
为克服这一限制，研究人员提出分布式量子传感方案。该技术将多个独立传感器以量子态连接，形成一个协同测量系统，从而显著提高测量能力。尽管已有研究致力于精度提升，但其在高分辨率成像方面的潜力尚未充分验证。
KIST 量子技术中心的林祥泽博士团队展示了首个高分辨率分布式量子传感器网络。其研究结果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），标志着在量子传感领域的实质性进展。
团队采用多模 N00N 态——一种由多个光子在不同路径中纠缠形成的量子态，实现了精度与分辨率的同步提升。相比传统使用的单光子纠缠态，多模 N00N 态能够生成更高密度的干涉条纹，从而显著增强系统对微小变化的敏感度。
实验中，研究者构建了双光子多模 N00N 态，并将其应用于四路径系统，同时探测两个独立的相位参数。测试结果表明，该方法在测量精度上相较传统技术提升了约 88%（即 2.74 分贝），在理论和实验上均接近量子测量的理论极限——海森堡极限。
该成果在多个技术领域具有广阔前景。例如，它可实现传统显微镜无法分辨的亚细胞结构成像，检测纳米级别的半导体缺陷，以及观测遥远天体的高精度结构。
- 在生命科学领域，可用于解析复杂细胞结构与分子动态。
- 在半导体工业中，可提升芯片缺陷检测的灵敏度与效率。
- 在天文观测方面，有助于揭示传统望远镜难以捕捉的宇宙细节。
林祥泽博士指出，这项研究不仅代表了量子传感技术的重要里程碑，也为未来实用化量子传感器网络奠定了基础。他进一步表示，若将该技术与硅光子学平台集成，有望推动量子传感走向更广泛的商业化应用。
该成果发表于权威期刊《物理评论快报》，相关研究论文可查阅 arXiv 预印本平台。
- 论文标题：基于多模 N00N 态的分布式量子传感
- 作者：Dong-Hyun Kim 等
- DOI：10.1103/4vdx-7224
- 预印本：DOI：10.48550/arxiv.2508.02070