近日，兰州大学物理学院安钧鸿教授与西安交通大学李蓬勃教授和乔一凡博士合作，提出一种基于非线性纳米机械振子的新型量子弱力测量方案。相关成果以“Mechanical Squeezed-Fock Qubit: Towards Quantum Weak-Force Sensing”为题，发表于国际物理学顶级期刊《Physical Review Letters》。

量子精密测量是一门旨在利用微观系统的量子资源（如叠加、纠缠与压缩）突破经典测量精度极限的前沿交叉学科。该领域不仅为新一代高稳频标、极弱场探测、惯性导航及高分辨雷达成像等变革性技术提供原理支撑，更在基础物理检验（如引力波探测、暗物质搜寻）中发挥不可替代的作用。其中，基于量子弱力传感的加速度计是实现全自主、高精度惯性导航系统的核心器件。发展高性能量子加速度计，有望突破传统器件的散粒噪声极限限制，显著提升测量灵敏度与长期稳定性，并最终构建不依赖外部卫星信号的自主导航能力。

(a)：纳米机械振子方案图；(b)：双声子驱动增强的非线性能谱；

(c)：基于压缩福克态的拉姆齐干涉；(d)：量子费舍尔信息演化图。

合作团队基于非线性纳米机械振子提出一种量子弱力传感方案，其核心创新在于通过施加双声子驱动实现了系统非线性的指数级增强。理论研究表明：在该驱动下，振子本征态由常规福克态演化为“压缩福克态”（squeezed-Fock states），其能谱展现出高度可调、指数增强的非简谐结构。由此，研究团队将量子比特编码于最低两个压缩福克态之间，构建出新型“机械压缩福克量子比特”。相较于传统基于普通福克态的机械量子比特，该设计可指数级抑制激发能量向高阶态的泄漏，在更宽泛的参数区间内维持高保真度量子操控。进一步分析表明，该压缩福克量子比特在弱力传感任务中展现出卓越性能——其灵敏度较传统方案提升1–2个数量级，为实用化片上集成量子加速度计提供了全新物理路径与实现范式。

本工作得到国家自然科学基金重点项目、科技创新2030—“量子通信与量子计算机”重大项目等资助。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/3mlc-r8x4