《Research》：Ultrasensitive Quantum Sensors Based on High-Order Exceptional Bound States
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为解决非厄米系统中高阶异常点（EP）传感器对噪声敏感、鲁棒性差的问题，研究人员开展了基于高阶异常束缚（EB）态的超灵敏传感器研究。他们通过设计具有非互易耦合的一维和二维晶格模型，成功构建了具有平坦空间分布的高阶EB态，并基于此开发了电路传感器。研究结果表明，该传感器对微弱扰动（如磁场）表现出极高的灵敏度（?E ∝ Γ1/N）和优异的抗干扰能力，其性能比传统非厄米SSH传感器提升高达12个数量级。这项工作为开发新一代高精度、强鲁棒的量子传感器提供了新思路。
在精密测量领域，科学家一直追求能够探测极其微弱信号的高灵敏度传感器。传统传感器面临灵敏度与抗噪能力难以兼得的困境。近年来，非厄米系统中特有的异常点（EP）现象为传感技术带来了新机遇，在EP处系统本征值对微小扰动会产生显著响应。然而，基于高阶EP的传感器在实际应用中面临严峻挑战：这些奇异点对噪声极其敏感，且通常需要复杂的参数调控才能实现。
正是在这样的研究背景下，中国科学院的研究团队在《Research》上发表了一项创新性工作。他们另辟蹊径，不再聚焦于难以驾驭的高阶EP，而是开发了一种基于高阶异常束缚（EB）态的新型传感器。这种EB态具有平坦的空间分布和远离其他本征值的孤立能级，展现出对结构无序和耦合扰动的天然鲁棒性，为构建高性能传感器提供了理想平台。
研究人员首先理论设计了一维和二维非厄米系统，通过精心调控非互易耦合强度，成功实现了高达五阶的EB态。这些态在实空间中呈现均匀分布，且其本征值与其他本征态充分分离。当系统受到外部扰动时，EB态的本征值会发生移动，且移动量与扰动强度满足?E ∝ Γ1/N的标度关系（N为EB态的阶数）。理论计算表明，该传感器的灵敏度比基于非厄米SSH模型的传感器高出12个数量级。
为验证理论设计，团队构建了相应的电路系统。他们利用运算放大器（缓冲器）与电容、电感的组合，在印刷电路板（PCB）上实现了所需的非互易耦合。通过测量电路阻抗谱随外加磁场（通过磁阻效应转换为电阻变化）的变化，实验观测到了EB态频率的显著移动，与理论预测高度吻合。实验证实，即使对于10-15量级的极微弱扰动，传感器也能产生可检测的响应。
本研究主要采用了以下关键技术方法：通过非互易耦合设计构建高阶EB系统理论模型；利用电路网络实现理论哈密顿量，其中关键是非互易耦合元件的实现；通过阻抗谱测量检测EB态的频率响应；引入磁阻元件将物理量（磁场）转换为电学量进行检测。
传感器模型基于高阶EB态
研究人员构建了基于高阶EB态的传感器模型，通过将测量量与系统中多个位点连接，利用EB态对扰动的敏感响应实现探测。理论分析表明，该传感器的灵敏度随系统尺寸和EB态阶数的增加而显著增强。
基于高阶EB态的超灵敏电路传感器
研究团队设计了相应的电路系统，通过缓冲器、电容和电感的组合实现了非互易耦合。电路测量结果显示，阻抗峰值频率随扰动电阻的变化与理论预测的?f ∝ (1/R)1/5关系完全一致，验证了传感器的超高灵敏度。
弱磁场的超灵敏检测
通过将磁阻芯片作为扰动元件集成到EB电路中，研究人员成功实现了对弱磁场的检测。实验数据显示，在nT量级的磁场变化下，电路阻抗峰发生了明显移动，证明了该传感器在实际应用中的可行性。
Topolectric电路设计
该部分详细阐述了如何通过电路元件实现理论模型中的非互易耦合。关键创新在于使用缓冲器构建单向传输路径，从而在电路中实现所需的非厄米耦合项。
电路阻抗测量
研究人员通过测量节点间的阻抗响应来表征系统特性。阻抗谱中的峰值对应EB态的共振频率，其移动直接反映了外部扰动引起的本征值变化，为传感器提供了可靠的读出机制。
这项研究通过理论设计和实验验证，成功开发了一种基于高阶EB态的超灵敏传感器。与传统的EP传感器相比，该传感器不仅具有极高的灵敏度，还表现出优异的抗干扰能力和稳定性。其核心创新在于利用EB态的独特性质，克服了高阶EP传感器对噪声敏感的固有缺陷。该技术有望应用于弱磁场探测、生物分子检测等高精度测量领域，为下一代量子传感器的开发开辟了新途径。未来，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成，有望进一步提升传感器性能，实现fT量级的极弱磁场探测。
