通过绝热控制拓扑边缘态实现量子计量

《Physical Review A》：Quantum metrology via adiabatic control of topological edge states

　　

基于临界性的量子传感利用系统参数在相变点附近的超灵敏响应。本工作揭示了拓扑相变在探针被制备为拓扑边缘态时所提供的两项计量优势。首先，发现拓扑能带接触的顺序决定了计量灵敏度如何随系统尺寸缩放。因此，建议通过设计具有更高阶能带接触的拓扑相变来实现，相应的量子Fisher信息缩放关系为$\mathcal{F}_Q \sim L^{2p}$，其中$L$为单方向上的晶格尺寸，$p$为能带接触阶数。其次，利用能够容纳简并边缘模式的拓扑晶格（例如多个零模），在边缘制备$N$粒子纠缠态，然后将系统绝热调谐至相变点，可使量子纠缠增长到宏观尺度，从而获得$\mathcal{F}_Q \sim N^2 L^{2p}$。即使在考虑态制备时间和传感参数窗口的收缩时，通过多临界性仍可实现有利的可扩展性。因此，本工作为通过拓扑相变来利用纠缠、大晶格尺寸和高阶能带接触以实现量子计量的途径奠定了基础。