在精密测量领域，尽可能提高测量的精度是科学家们长期追求的目标，然而，传统测量手段的精度受到标准量子极限（SQL）的压制[1]。但是，物理学家发现如果将量子力学中的纠缠态作为新的资源用于精密测量，可以使精度突破标准量子极限逼近海森堡极限。由此为基础发展起来的量子传感学也受到广泛的关注，从中看到它显著推动基础物理和技术领域的传感器应用发展的潜力。近年来，单参数量子传感学已逐渐发展出完善清晰的理论框架，并在实验中得到充分的验证。对于多参数联合估计的量子传感，此前一直停留在理论探索阶段，相关实验探索才刚刚起步。
近期，一个来自瑞士和法国的国际联合团队利用在多参数量子传感学上取得新的突破[2]。一个由冷原子玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）构成的原子传感器阵列，首次在实验中演示了全局压缩态增强的多参数联合估计，展示了他们的方案在多参数量子传感的可行性以及纠缠态对多参数计量精度提升的有效性。该研究工作于发表在国际权威学术期刊《科学》[Science 391, 374 (2026)]。
图1：Science [2]
科研团队首先制备了一团约1450个Rb87原子在冷却到极低温形成的BEC，它们整体由于全同性，从性质上视为一个“超级原子”具有集体量子态。在外场环境下，这个超原子集体自旋也会发生进动而累计一个正比于场强度的相位，通过读取该相位即可实现计量。
图2：多原子团传感器阵列示意图 [2]
自上到下依次为：BEC，相干分裂，纠缠BEC传感器，调控与测量部分
进一步，研究人员通过一种叫做“单轴扭曲”的技术，把这团原子制备到自旋压缩态上，压缩态可以在测量方向上获得低于经典极限的噪声。
接下来，科研团队利用微波和磁场梯度，将这个超原子相干地分裂成多个空间上分离、整体保持纠缠的原子团。经过上述一系列操作，研究团队完成了一个基于量子纠缠的原子传感器阵列的制备，其每个子团都是一个独立的传感器，能检测局部的外场（如磁场）强度，而它们的自旋之间又通过纠缠保持着关联。
为利用超原子之间的纠缠资源，研究团队在该装置基础上发展了一套非局域压缩增强多参数联合估计协议，即不直接测量各超原子积累的局域相位参数，而是非局域地对所有待测参数的线性组合进行测量，并加以相位操控手段，成功对两个参数以及三个参数的联合估计实现了量子增强。对两参数的情况，实验展示了对任意线性组合低于标准量子极限5.6(2)dB的精度增益，使得对两个局域参数可以同时获得约3.5dB的精度增益。对于三参数情况，实验测出其的低于标准量子极限约0.8-1.8dB的精度增益，演示了其策略对多参数的可拓展性。
图3：三参数传感实验 [2]
左图为三原子传感器实验原理图及原子团成像示意图，右图为在文章提出的策略下
不同脉冲组合下各参数组合的增益（相对于标准量子极限）.
这项研究标志着量子传感领域的从单参数往多参数发展的一个重要里程碑。它首次在实验上实现了基于纠缠原子阵列的多参数联合估计，并且展示了远超标准量子极限的显著增益，证实了此前理论预言的可行性，也为未来分布式量子传感网络的进一步发展奠定了坚实的实验基础。
[1] Jasminder S. Sidhu, Pieter Kok; Geometric perspective on quantum parameter estimation. AVS Quantum Sci. 1 February 2020; 2 (1): 014701. https://doi.org/10.1116/1.5119961
[2] Yifan Li et al.,Multiparameter estimation with an array of entangled atomic sensors. Science 391, 374-378(2026). DOI:10.1126/science. adt 2442