近日，光量子技术与器件全国重点实验室、PA电子光电研究所量子传感实验室在量子增强光力传感网络研究中取得重要突破。该研究团队首次实验实现了基于四组分纠缠态的分布式光力传感网络，成功观测到随着传感器数量增加而增加的量子优势。相关成果以“Quantum-enhanced optomechanical sensor network”为题发表于“Laser Photonics Reviews, e01636 (2025)”。论文通讯作者为PA电子郑耀辉教授和李卫副教授，论文第一作者为PA电子博士生李庆回。此外，PA电子博士生王宇帆，光电研究所王雅君教授、田龙教授、史少平副研究员均参与了本项工作。

连续变量分布式量子传感是将多个传感器与量子资源有效结合的量子计量方案。该方案一方面能够借助量子资源突破量子噪声极限，实现灵敏度增强；另一方面，通过多个传感器的联合探测，可在参数估计精度上达到海森堡极限。分布式量子传感能够克服单个传感器在可扩展性、目标定位能力以及多参数探测等方面的固有局限，为灾害预警、资源勘探和军事防御等应用领域带来了概念创新与技术跨越。然而，目前该领域的研究仍多依赖于电光调制器和波片等光学元件产生的模拟信号，尚未在实际应用场景中得到验证。光力传感器作为一种具有高实用前景的精密测量工具，能够实现对位移、加速度、质量、磁场等物理量的高精度测量，并已在引力波探测等前沿科学任务中发挥关键作用。将光力系统与分布式量子传感方案相结合，有望进一步推动量子传感技术从实验室走向实际应用。

图 实验装置

本研究首次实验演示了由四个性能高度一致的光力传感器和四组分纠缠态构成的量子增强光力传感网络，并实验获得23.7%的量子优势。通过精确调控光学谐振腔腔长、薄膜与镜片反射率以及薄膜固定方式等关键参数，实现了光力耦合强度、光学衰减率与机械衰减率的高度一致性，最终构建出不一致性小于2.4%的光力传感网络。在非相干力的测量中，与分离方案相比，纠缠网络实现了33.7%的分辨率提升。未来，通过进一步扩大网络规模，有望获得更显著的量子优势与更深入的物理洞察，为微震源定位、暗物质探测等前沿科学研究提供关键技术支撑。

该研究得到国家自然科学基金和山西省重点研发项目的支持。

论文链接

https://doi.org/10.1002/lpor.202501636

责编丨张   姝

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