分布式量子传感器网络实现接近海森堡极限的超高分辨率

利用萨格纳克干涉仪产生的贝尔态生成多模 N00N 态，并将生成的纠缠态传输至每个模式。通过相位编码后进行局部测量，实现对两个相位平均值的估算。来源：韩国科学技术研究院（KIST）

精确测量是先进科技的基础，广泛应用于生物成像、半导体缺陷诊断和太空望远镜观测等领域。然而，目前测量领域使用的传感器技术，始终面临着一道名为 “标准量子极限” 的物理壁垒。

突破这一极限的潜在方案是分布式量子传感器。该技术将多个空间分离的传感器连接成一个大型量子系统，从而实现高精度测量。截至目前，相关研究主要聚焦于提升测量精度，而将该技术拓展至高分辨率成像的潜力尚未得到充分验证。

韩国科学技术研究院（KIST）量子技术中心的林祥泽（Hyang-Tag Lim）博士团队，成功演示了全球首个超高分辨率分布式量子传感器网络。该研究成果已发表于《物理评论快报》期刊。

该团队将一种特殊的量子纠缠态 ——“多模 N00N 态” 应用于分布式传感器，同时实现了测量精度与分辨率的双重提升。

此前的分布式量子传感器研究主要依赖单光子纠缠态，这类纠缠态虽能提升测量精度，但在需要精细区分干涉图样的高分辨率测量中存在局限。

KIST 研究团队采用的多模 N00N 态，由沿特定路径纠缠的多个光子构成，可产生密度更高的干涉条纹。这一特性不仅显著提升了分辨率，还能以高灵敏度探测到极小的物理变化。

该技术不仅接近 “海森堡极限”（量子技术可实现的最高精度水平），还展现出在超分辨率成像领域的应用潜力。

这一成果具有特殊意义：当前美国、欧洲等主要发达国家已将量子传感器列为下一代战略技术，并在该领域投入大量资源，而该成果意味着韩国有望在这一领域占据国际竞争力。

研究团队构建了在四个路径模式间纠缠的双光子多模 N00N 态，并利用该纠缠态同时测量两个不同的相位参数。

结果显示，与传统方法相比，该技术的测量精度提升了约 88%（改善 2.74 分贝），在理论和实验层面均证明其性能接近海森堡极限。

该成果在需要精确测量的领域具有广泛应用潜力，涵盖生命科学、半导体工业、精准医疗和太空观测等。

例如，它可对传统显微镜难以分辨的亚细胞微观结构进行高清晰度成像；探测半导体电路中的纳米级缺陷；还能对普通望远镜观测中模糊的遥远天体结构进行精确观测。

KIST 的林祥泽博士表示：“这一成果标志着重要的里程碑，证明了基于量子纠缠技术的实用化量子传感器网络的潜力。”

“未来，将其与基于硅光子学的量子芯片技术相结合，有望应用于各类日常场景。”

更多信息：Dong-Hyun Kim 等，《基于多模 N00N 态的分布式量子传感》，《物理评论快报》（2025）。DOI：10.1103/4vdx-7224；预印本平台 arXiv：DOI：10.48550/arxiv.2508.02070

期刊信息：《物理评论快报》（Physical Review Letters）、arXiv 预印本平台

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