近日，大连理工大学教授于长水课题组在腔—磁子体系量子精密测量方向取得新进展。他们从有限时间动力学出发，建立了统一描述瞬态与稳态腔—磁子磁测的理论框架，揭示了初态量子资源在短时磁场探测中的重要作用，并通过正交分量测量与差分谱方法实现三维磁场的定向重构。相关论文发表在《物理评论快报》。

量子磁测利用量子系统对微弱磁场的响应实现高灵敏磁场探测，在凝聚态物理、量子信息、材料科学以及微弱磁信号检测等领域具有重要应用。近年来，腔—磁子混合系统凭借磁子与微波光子之间的强相互作用，为弱磁场探测提供了新的物理平台。然而，已有研究大多建立在长时间稳态谱测量基础上，不仅会丢失系统初态和有限时间动力学所携带的信息，而且通常要求传感方向与待测磁场相匹配，难以获得未知磁场的完整方向信息。

针对上述问题，于长水课题组建立了腔—磁子弱磁场传感的有限时间谱理论框架，并提出超越传统稳态极限的瞬态量子磁测方案。研究利用钇铁石榴石中的磁子模式与微波腔场耦合，将外部脉冲弱磁场信息转换至腔场输出，通过有限时间窗口内的输出功率谱实现磁场探测。研究发现，这一通常在稳态极限下被完全耗散的信息，可以转化为提高磁场探测性能的量子资源。通过预先制备具有压缩特性的初态，能够有效降低瞬态测量过程中的量子噪声，从而显著提高短时间窗口内的信噪比。

在瞬态磁测的基础上，团队进一步解决了未知磁场方向的测量问题，提出三维磁场定向重构方法。他们通过测量腔场输出的不同正交分量，可以获得横向磁场的信息。与此同时，对纵向磁场施加微小扰动并构造差分噪声谱，可以消除与纵向磁场无关的背景贡献，进而分别提取三个方向的磁场分量。数值结果表明，重构得到的磁场方位角和极角与真实值在误差允许的范围内一致，实现了对磁场强度和空间方向的完整测量。

相关方法还可进一步推广至其他混合量子系统及量子多体平台，为高精度、多参数量子精密测量提供新的理论思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/z982-mv6k