中国科大突破“禁戒定理”：反向编码协议引领量子传感新纪元

2月1日，中国科学技术大学的研究团队宣布在分布式量子传感领域取得了突破性进展。由郭光灿院士领导的团队提出了一种全新的反向编码协议，打破了因缺乏共同参考系而导致的“禁戒定理”，为未来构建高精度的星地量子传感网络奠定了坚实的理论基础。

据大皖新闻记者了解，这一创新的反向编码协议通过在编码过程中打破对称性，成功克服了“禁戒定理”的限制，使得在仅使用局域操作的情况下，能够完全恢复量子费舍尔信息，并实现海森堡极限的测量精度。

反向编码协议的首次提出

在大空间尺度下，分布式量子传感通过在多个观测点间分享量子纠缠，提升测量的准确性和精度。然而，由于不同观测点之间缺乏共同参考系，无法提取全局信息，这一限制是物理世界本征的局域性和对称性共同设置的“禁戒定理”。对此，研究团队首次提出了一种反向编码协议。

“这种反向编码协议，打破了由于共同参考系缺失造成的‘禁戒定理’。”相关人员表示。

在量子信息处理中，精确的参考系如同航海中的“罗盘”或建筑中的“标尺”，是定义量子比特状态的基础。然而，在分布式量子网络任务中，建立一个精确统一的共享参考系往往极其困难甚至不可行。

大皖新闻记者了解到，研究团队不再试图耗费资源去“对齐标尺”，而是另辟蹊径，建立了一套全新的理论框架。他们提出了一种基于两拷贝局域幺正不变网络态的“反向编码”策略，在两个量子态拷贝上施加相反的参数编码操作。

这种操作巧妙地打破了拷贝之间的交换对称性，使得被编码的参数信息不再被“旋转迷雾”掩盖。理论推导与数值模拟表明，该协议不仅能够通过多拷贝“免疫”参考系失准带来的噪声，还能在局域操作下完整地恢复量子费舍尔信息。

对于共享了纠缠态的N个观测点，该方案能够保持1/N的海森堡极限精度。

研究团队进一步证明，仅需对本地的两个粒子采用简单的“局域贝尔态测量”就能以最优的方式提取全部信息，而无需额外的辅助量子比特或非局域操作。这一发现极大地降低了实验实现的复杂度。

“这为未来构建高精度的星地量子传感网络实际应用奠定理论基础。”相关人员在采访中表示，该工作从理论上扫清了分布式量子传感在无共享参考系下应用的根本障碍，提出的方案基于现有的成熟的量子技术就可以实现。

这一突破不仅为量子传感领域带来了新的可能性，也为全球时钟同步网络等实际应用提供了新的解决方案。随着研究的深入，这一技术有望在未来的量子通信和量子计算中发挥更大的作用。