要實驗證明該理論主要有兩大挑戰。首先，量子芝諾效應雖然廣泛存在于各種量子系統中，但利用它提高量子精密測量的精度需要知道完整的系統與環境相互作用信息。其次，為了證實測量精度能否有n1/4倍的提升，需要較大的量子比特資源，這也加大了實驗的難度。

圖5：Bath-engineering技術來模擬高精度的非馬爾可夫環境

為了解決這兩大難題，魯大為團隊采用量子模擬方法來調制噪聲模型，并應用bath-engineering技術來模擬高精度的非馬爾可夫環境。類似于經典的拉姆齊干涉，研究人員首先將初始態制備到疊加態，然后讓其在經過時間調制的哈密頓量HSB (t)= ω0σz /2 +βz (t)σz下演化，其中βz (t)是隨機誤差。雖然單次演化依然是幺正的，但可以通過多次實驗取平均值來模擬退相干。Bath-engineering的核心就是在初始的時候制備大量相同的初態，并讓它們在不同的哈密頓量HSB (t)下進行一段時間的演化。由于每個初態感受到的進動頻率不一樣，它們最終積累的相位也會不同。將末態進行系綜（時間）平均，理論上就可以模擬純退相干環境。

圖6：反式巴豆酸（7比特量子模擬器）

研究人員在核磁共振量子模擬器上進行實驗，環境調制是通過使用多達7個核自旋量子比特來實現的。在保證糾纏探針的高保真初始化和讀出的情況下，我們觀察到，使用糾纏探針時，目標磁場的計量精度正好增強了n1/4倍，達到了QZE極限。此外，研究人員還設置了一組沒有噪聲的對照實驗，證明糾纏探針能達到海森堡極限，使得計量精度增強了n1/2倍。這些實驗為糾纏增強的量子計量學問題建立了一套完整的實驗體系。

圖7：非馬爾可夫噪聲和無噪聲環境下的實驗結果。利用糾纏探針，非馬爾可夫噪聲下的測量精度隨著比特數n的提升實現了倍的增強，而無噪聲環境下（對照實驗）則達到了海森堡極限r=n1/2倍的增強。

在這項工作中，研究人員應用了一種無需輔助量子比特的bath-engineering技術, 這節省了量子比特資源。同時，實驗過程只要求單量子比特繞z軸旋轉的操作集合, 這也易于將實驗擴展到其他物理體系中。本次實驗不僅證明了Chin等人的理論，也為研究人員在其他量子系統中實現非馬爾可夫動力學提供了工具，為今后探索噪聲環境下的量子精密測量鋪平了道路。

該論文的共同第一作者為南科大物理系2019級博士生龍新月、北京師范大學博士生何宛亭和重慶郵電大學講師張娜娜，理論合作者為北京師范大學副教授艾清，其他合作者包括南方科技大學研究員李俊和副研究員辛濤等。魯大為和艾清為共同通訊作者，南方科技大學為論文第一完成單位。

以上研究得到了科技部、國家自然科學基金委、廣東省科技廳、深圳市科創委、北京市自然科學基金、南方科技大學和北京師范大學等的大力支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.070502