光量子态的量子费希尔信息及其在相位估值中的应用

发布时间：2017-10-16 15:28

  本文关键词：光量子态的量子费希尔信息及其在相位估值中的应用

  更多相关文章： 量子费希尔信息 量子克拉美-罗界 相位灵敏度 纠缠相干态 光子损耗

【摘要】：近年来,以量子干涉仪为基础的精密测量技术取得了飞速发展。如何利用量子干涉仪获得较高精度的测量是弱磁场探测、引力波探测和原子钟等领域的基础课题。一方面由于量子费希尔信息(Quantum Fisher information, QFI)定义了相位灵敏度的理论下限即：量子克拉美一罗界(quantum Carmer-Rao bound, QCRB),因此可利用量子费希尔信息来研究量子测量的精度。另一方面,本文基于在马赫-曾德干涉仪(Mach-Zender interfermerter, MZI)的相位估值的可能应用,利用量子费希尔信息,开展了一系列的研究工作。主要创新性成果如下：1.在前人工作的基础上,发展了量子费希尔信息的一般表达式。在光量子态密度矩阵的非零本征值所对应的本征基矢中,发现混合态的量子费希尔信息包含有三项：第一项为经典的费希尔信息；第二项为每个本征态对QFI的统计叠加；第三项为一个修正项。相对于前人的结果,我们给出的表达式具有两方面优点。首先,新表达式中的每一项都具有清晰的物理意义,便于理论分析。此外,新表达式已将本征值为0的本征基矢去掉,计算简单。该公式得到了国内外同行的关注和肯定。2.以双模压缩真空态作为MZI的输入态,计算了光强差涨落测量(即：Sz2测量)的相位灵敏度,并与宇称测量进行比较。结果表明：建测量的最优相位灵敏度位于相位差0处,利于进行弱信号测量。当相位差偏离。时,窭测量对应的相位灵敏度随相位差的变化较宇称测量缓慢。3.计算得到了光子损耗下纠缠相干态量子费希尔信息的解析表达式。研究表明,光子损耗会导致量子费希尔信息由海森堡极限向标准量子极限跃迁。该跃迁与损失光子总数RK有关,并非只与纠缠相干态(entangled coherent state, ECS)的平均光子数n或光子损失率R有关,跃迁发生在Rn～1处。光子损耗下,ECS态和NOON态的QFI并非一种简单的优于或劣于的关系,它们会发生交叉,存在一个交叉区域。当没有光子损耗(即Rn=0)时,ECS态的QFI大于NOON态的QFI。当损失光子数Rn》1时,ECS态的QFI大于NOON态的QFI。然而,当Rn-1时,NOON态的测量精度优于纠缠相干态,这是因为NOON态的QFI较高。
【关键词】：量子费希尔信息 量子克拉美-罗界 相位灵敏度 纠缠相干态 光子损耗
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O431.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 论文研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究成果和发展动态分析13-14
• 1.3 光量子态14-25
• 1.3.1 数态14-15
• 1.3.2 相干态15-18
• 1.3.3 单模压缩真空态18-21
• 1.3.4 双模压缩真空态21-23
• 1.3.5 纠缠态23-25
• 1.4 论文研究内容及选题依据25-28
• 2 光量子态在相位估值中的应用28-40
• 2.1 马赫-曾德干涉仪模型28-30
• 2.2 光强差测量30-32
• 2.3 宇称测量32-36
• 2.4 光强差涨落测量36-39
• 2.5 小结39-40
• 3 量子费希尔信息与相位测量精度下限40-48
• 3.1 量子费希尔信息40-42
• 3.2 量子克拉美-罗界42-43
• 3.3 量子费希尔信息新公式推导43-44
• 3.4 常见光量子态的量子费希尔信息44-46
• 3.5 NOON态叠加态的量子费希尔信息46-47
• 3.6 双孪数态叠加态的量子费希尔信息47
• 3.7 小结47-48
• 4 双模压缩真空态的相位灵敏度48-58
• 4.1 双模压缩真空态的量子费希尔信息48-49
• 4.2 宇称测量49-51
• 4.3 光强差涨落测量51-54
• 4.4 两种测量方法分析比较54-56
• 4.5 小结56-58
• 5 光子损耗下纠缠态的量子费希尔信息58-76
• 5.1 光子损耗模型58-60
• 5.2 NOON态60-62
• 5.3 纠缠相干态62-65
• 5.4 光子损耗下NOON态和纠缠相干态量子费希尔信息比较65-68
• 5.5 非对称透过率下纠缠态的宇称测量68-73
• 5.6 小结73-76
• 6 结论和展望76-80
• 6.1 总结76-78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-90
• 附录A90-92
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 范志强;庄浩;王明锋;郑亦庄;;CRIB技术光量子态存储中初始原子谱对效率和时间的影响[J];量子光学学报;2012年02期

2 高微;王明锋;郑亦庄;;在光腔中利用自然非均匀展宽的原子系综进行光量子态存储[J];量子光学学报;2013年02期

3 高微;王明锋;郑亦庄;;在非对称光腔中利用CRIB技术进行光量子态存储[J];光子学报;2013年06期

4 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 李熙涵;邓富国;周宏余;;联合噪声下的光量子态保真传输与量子通信[A];第十三届全国量子光学学术报告会论文摘要集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张渊明;光量子态的量子费希尔信息及其在相位估值中的应用[D];北京交通大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王振兴;固态量子存储器及其在量子中继器的应用研究[D];温州大学;2015年

2 王明锋;利用原子系综进行光量子态的存储和非经典态的制备[D];温州大学;2009年

3 高微;基于光子回声技术的光量子态存储效率研究[D];温州大学;2013年

，

本文编号：1043457