文｜陈根

随着测量精度的不断提升，医学、生物、天文、化学等各个领域的技术和研究得到了相应发展。可以说，测量精度每提高一个量级，都推动着科学的向前，甚至可能开辟一个新的研究领域。

相比基于经典的测量技术，量子增强放大技术具有更高的效益。随着科学家们对量子叠加和量子纠缠等特性进行深入研究，人类已经能够直接对单个量子客体（光子、原子、分子、电子等）的状态进行主动制备、精确操纵和测量，从而能够以一种全新的“自下而上”的方式来利用量子规律认识和改造世界。科学家们认为，凭借量子的独特效应，有望超越精密测量的经典极限。

然而，目前对量子放大精密测量技术的探索仍然有限。实现信号放大主要依赖于量子系统固有的离散能级跃，由于可调谐性的限制，量子系统固有离散跃迁频率往往无法满足放大需要的工作频率，从而限制了量子放大器的性能。

为此，我国科学家突破性地将“自旋放大技术”和“Floquet调制技术”进行了有机结合，首次将量子放大技术推广到Floquet自旋系统。成功克服了以往探测频率范围小等限制，实现了对多个频率的极弱磁场放大。

研究中，科学家们利用Floquet调制技术调控自旋的能级与量子态，将固有的二能级系统修饰为周期性驱动Floquet系统，因此使得系统形成了一系列等能量间距分布的Floquet能级结构。在这些能级之间可以发生共振跃迁，从而能有效拓宽磁场放大的频率范围。

测试中，科学家们发现Floquet系统可以实现多个频率待测磁场2个数量级的同时量子放大，灵敏度达到了飞特斯拉级级别（即10的负十五次方特斯拉），这无疑标志着自旋量子精密测量领域的重要突破。

量子放大技术已经在诸多测量过程中扮演着重要角色，催生出许多革命性成果，例如激光器、微波激射器、原子钟，甚至宇宙微波背景辐射的发现。未来，该研究有望进一步推动量子精密测量技术的发展。