基于高斯态调控的量子干涉测量性能提高的研究
发布时间：2021-02-20 09:12
量子干涉测量可以实现光子量级的信号检测,是微弱信号精密测量的技术手段。作为评估测量性能的关键指标,量子干涉测量的相位灵敏度受到广泛关注,相位灵敏度的理论极限、影响因素和提升方法的研究是国内外重点关注的问题。本论文围绕量子干涉测量的相位灵敏度开展了四个方面的研究:相位灵敏度极限的研究;相位灵敏度内在影响因素的研究;相位灵敏度外在影响因素的研究;相位灵敏度提高的新方法研究。本文首先完成了相位灵敏度极限的研究。根据量子参数估计理论,建立了相位灵敏度极限与测量策略的关系。针对测量策略中不含有参考源的测量方案,本文提出了基于相位平均法的相位灵敏度极限分析及求解的新方法,解决了不同相移算符推导出的相位灵敏度极限存在差异的问题;针对测量策略中含有参考源的测量方案,本文提出了基于单路相移算符的相位灵敏度极限分析及求解的新方法,证明了压缩真空态为最佳单模输入态,相位灵敏度可以突破海森堡极限。完成了相位灵敏度内在影响因素的研究。根据相空间理论,开展了基于虚拟分束器模拟的探测效率影响研究,基于光子统计特性的暗计数影响研究,基于时间统计特性的响应时间延迟影响研究,以及基于变换矩阵的非平衡分束器影响研究,建立了...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几类基本的参数估计体制[11]
第1章绪论-3-的测量策略，光子数分辨的测量策略可以提供更好的相位灵敏度。2010年，P.M.Anisimov等人理论上验证了基于双模压缩真空态输入和奇偶测量的测量方案可以实现优于海森堡极限的相位灵敏度[13]。他们还计算了测量方案的量子Fisher信息，进而证明了亚海森堡极限的相位灵敏度是理论存在且合理的，而使用奇偶测量得到的相位灵敏度饱和于量子Fisher信息所给出的相位灵敏度极限。图1-1几类基本的参数估计体制[11]。Fig.1-1Severalfundamentalsystemsforparameterestimation[11].同年，I.Afek等人提出了一种基于高斯态输入和后选择测量制备N00N态的方案[14]，如图1-2所示。此方案使用相干态和压缩真空态作为输入，通过平衡分束器和后选择测量可以制备出不同N值的N00N态用于干涉测量方案。理论分析结果表明，N00N态的制备保真度大于0.92，对于高光子N00N态，制备保真度的渐近极限为0.943。他们通过实验分别制备得到了2光子，3光子，4光子和5光子的N00N态。图1-2分束器后的光子数的分布概率，A中输入态为相干态与压缩真空态，B中输入态为相干态[14]。Fig.1-2Theprobabilitydistributionsofphotonnumberafterabeamsplitter,theinputsofAarecoherentstateandsqueezedvacuumstate,theinputofBiscoherentstate[14].
哈尔滨工业大学理学博士学位论文-4-2011年，N.Thomas-Peter等人实验制备了2光子和4光子HB态[15]，实验方案和结果如图1-3所示。他们首先通过理论分析获得了实验所需要的基准参数值，随后搭建实验系统进行了测量。实验分别得到了2重和4重的超分辨输出，所制备的量子态能够用于干涉测量方案。图1-3HB态制备的实验方案示意图及测量结果[15]。Fig.1-3ThediagramofexperimentalschemeandmeasurementresultsofHBstatepreparation[15].同年，J.Joo等人研究了基于纠缠相干态的测量方案的相位灵敏度[16]，如图1-4所示。他们沿用了B.C.Sanders提出的态制备方法[8]，通过相干态和非线性晶体产生相干叠加态作为测量方案的其中一个输入，另一个端口输入平均光子数相同的相干态。经过平衡分束器后，可以获得纠缠相干态。理论分析结果表明，测量方案的相位灵敏度可以突破海森堡极限。图1-4基于纠缠相干态的测量方案示意图[16]。Fig.1-4Thediagramofmeasurementschemebasedonentangledcoherentstates[16].2012年，C.Weedbrook等人系统地总结了高斯量子信息方面的工作[17]。这项工作指出：高斯态的Wigner函数服从高斯分布，能够通过相空间表示下的期望值和方差矩阵进行完全表示。他们通过理论推导给出了常见光学调控过程的矩阵化表示。对于已知的高斯输入态，利用其期望值和方差矩阵，结合光
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantum-enhanced interferometry with asymmetric beam splitters[J]. Wei Zhong,Fan Wang,Lan Zhou,Peng Xu,YuBo Sheng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(06)
本文编号：3042554
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几类基本的参数估计体制[11]
第1章绪论-3-的测量策略，光子数分辨的测量策略可以提供更好的相位灵敏度。2010年，P.M.Anisimov等人理论上验证了基于双模压缩真空态输入和奇偶测量的测量方案可以实现优于海森堡极限的相位灵敏度[13]。他们还计算了测量方案的量子Fisher信息，进而证明了亚海森堡极限的相位灵敏度是理论存在且合理的，而使用奇偶测量得到的相位灵敏度饱和于量子Fisher信息所给出的相位灵敏度极限。图1-1几类基本的参数估计体制[11]。Fig.1-1Severalfundamentalsystemsforparameterestimation[11].同年，I.Afek等人提出了一种基于高斯态输入和后选择测量制备N00N态的方案[14]，如图1-2所示。此方案使用相干态和压缩真空态作为输入，通过平衡分束器和后选择测量可以制备出不同N值的N00N态用于干涉测量方案。理论分析结果表明，N00N态的制备保真度大于0.92，对于高光子N00N态，制备保真度的渐近极限为0.943。他们通过实验分别制备得到了2光子，3光子，4光子和5光子的N00N态。图1-2分束器后的光子数的分布概率，A中输入态为相干态与压缩真空态，B中输入态为相干态[14]。Fig.1-2Theprobabilitydistributionsofphotonnumberafterabeamsplitter,theinputsofAarecoherentstateandsqueezedvacuumstate,theinputofBiscoherentstate[14].
哈尔滨工业大学理学博士学位论文-4-2011年，N.Thomas-Peter等人实验制备了2光子和4光子HB态[15]，实验方案和结果如图1-3所示。他们首先通过理论分析获得了实验所需要的基准参数值，随后搭建实验系统进行了测量。实验分别得到了2重和4重的超分辨输出，所制备的量子态能够用于干涉测量方案。图1-3HB态制备的实验方案示意图及测量结果[15]。Fig.1-3ThediagramofexperimentalschemeandmeasurementresultsofHBstatepreparation[15].同年，J.Joo等人研究了基于纠缠相干态的测量方案的相位灵敏度[16]，如图1-4所示。他们沿用了B.C.Sanders提出的态制备方法[8]，通过相干态和非线性晶体产生相干叠加态作为测量方案的其中一个输入，另一个端口输入平均光子数相同的相干态。经过平衡分束器后，可以获得纠缠相干态。理论分析结果表明，测量方案的相位灵敏度可以突破海森堡极限。图1-4基于纠缠相干态的测量方案示意图[16]。Fig.1-4Thediagramofmeasurementschemebasedonentangledcoherentstates[16].2012年，C.Weedbrook等人系统地总结了高斯量子信息方面的工作[17]。这项工作指出：高斯态的Wigner函数服从高斯分布，能够通过相空间表示下的期望值和方差矩阵进行完全表示。他们通过理论推导给出了常见光学调控过程的矩阵化表示。对于已知的高斯输入态，利用其期望值和方差矩阵，结合光
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantum-enhanced interferometry with asymmetric beam splitters[J]. Wei Zhong,Fan Wang,Lan Zhou,Peng Xu,YuBo Sheng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(06)
本文编号：3042554
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3042554.html
