近日，我校物理学院量子信息与量子模拟团队在相对论量子参数估计研究领域取得重要进展。相关研究成果以“Impact of the Unruh effect on the estimation precision of Gaussian channel parameters”为题，发表在国际学术期刊 Physical Review A 上。
在量子参数估计中，高斯量子信道为描述连续变量量子系统的演化和噪声过程提供了重要理论框架，其参数估计精度直接关系到量子测量、量子传感和量子通信等任务的性能。已有研究主要集中于惯性参考系下的高斯信道参数估计，而在相对论情形下，特别是非惯性观测者所感受到的Unruh效应如何影响高斯信道参数估计精度，仍是一个有待深入探索的问题。Unruh效应表明，作匀加速运动的观测者会将惯性真空感知为具有热性质的量子涨落或等效热浴背景，从而在其可观测的量子态中引入额外噪声，并可能导致参数估计精度的下降。针对这一问题，本文将Unruh 效应引入高斯信道参数估计框架，系统研究其对热衰减信道和热放大信道参数估计精度的影响。研究分别选取相干态和压缩真空态作为输入探针态，分析衰减参数、放大参数以及热平均光子数的单参数和双参数估计问题。结果表明，随着加速度参数增大，量子Fisher信息通常单调下降，量子Cramér-Rao界相应升高，说明Unruh效应会显著削弱高斯信道参数的估计精度（如图所示）。进一步地，在双参数估计情形中，研究发现对称对数导数算符一般
对易，但平均Uhlmann曲率矩阵为零，表明量子Cramér-Rao界可以作为渐近可达到的精度极限。此外，本文还比较了零差测量和外差测量的性能，发现外差测量在高加速度、大热平均光子数以及强放大等极限条件下接近最优。该研究揭示了相对论效应与量子参数估计精度之间的内在联系，为非惯性参考系下连续变量量子精密测量和高斯信道估计提供了理论依据。
图 量子Fisher信息随加速度参数的变化
该论文由物理学院常守康、唐亚文、叶炜、费少明、朱遵略和赵兴东共同完成，其中朱遵略和赵兴东为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金和河南省高校重点科研项目等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/z3dl-p743
（物理学院 常守康）