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Beating standard quantum limit via two-axis magnetic susceptibility measurement
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作者 Zheng-An Wang Yi Peng +1 位作者 Dapeng Yu Heng Fan 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期170-174,共5页
We report a metrology scheme which measures the magnetic susceptibility of an atomic spin ensemble along the x and z directions and produces parameter estimation with precision beating the standard quantum limit.The a... We report a metrology scheme which measures the magnetic susceptibility of an atomic spin ensemble along the x and z directions and produces parameter estimation with precision beating the standard quantum limit.The atomic ensemble is initialized via one-axis spin squeezing with optimized squeezing time and parameterΦ(to be estimated)assumed as uniformly distributed between 0 and 2πwhile fixed in each estimation.One estimation ofΦcan be produced with every two magnetic susceptibility data measured along the two axes respectively,which has an imprecision scaling(1.43±0.02)/N^(0.687±0.003)with respect to the number N of the atomic spins.The measurement scheme is easy to implement and is robust against the measurement fluctuation caused by environment noise and measurement defects. 展开更多
关键词 quantum metrology spin-squeezing standard quantum limit FLUCTUATION
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Surpassing the standard quantum limit of optical imaging via deep learning
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作者 蔡淼 李志向 +8 位作者 吴浩东 阮亚平 唐磊 唐江山 陈明远 张涵 夏可宇 肖敏 陆延青 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期71-78,共8页
The sensitivity of optical measurement is ultimately constrained by the shot noise to the standard quantum limit.It has become a common concept that beating this limit requires quantum resources.A deep-learning neural... The sensitivity of optical measurement is ultimately constrained by the shot noise to the standard quantum limit.It has become a common concept that beating this limit requires quantum resources.A deep-learning neural network free of quantum principle has the capability of removing classical noise from images,but it is unclear in reducing quantum noise.In a coincidence-imaging experiment,we show that quantum-resource-free deep learning can be exploited to surpass the standard quantum limit via the photon-number-dependent nonlinear feedback during training.Using an effective classical light with photon flux of about 9×10^(4) photons per second,our deep-learning-based scheme achieves a 14 dB improvement in signal-to-noise ratio with respect to the standard quantum limit. 展开更多
关键词 standard quantum limit machine learning optical imaging
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里德堡原子雷达接收灵敏度极限
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作者 夏凌昊 肖俊祥 +2 位作者 董屾 金翔 赵盛至 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期1-7,共7页
里德堡原子在微波场的存在下呈现出电磁诱导透明效应,因而可用于微弱电场的探测。近年来,基于里德堡原子微波探测技术的新型雷达接收机架构引起了业内广泛关注。文中分析了里德堡原子雷达接收机的外部和内部噪声源,探究了里德堡原子接... 里德堡原子在微波场的存在下呈现出电磁诱导透明效应,因而可用于微弱电场的探测。近年来,基于里德堡原子微波探测技术的新型雷达接收机架构引起了业内广泛关注。文中分析了里德堡原子雷达接收机的外部和内部噪声源,探究了里德堡原子接收机的灵敏度,指出在雷达侦收场景下,当前可制备的里德堡原子接收机灵敏度不及传统电子技术接收机,并针对里德堡原子雷达接收机的实用化提出了技术改进方案。 展开更多
关键词 里德堡原子 高灵敏度探测 标准量子噪声极限
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基于压缩光的量子精密测量 被引量:15
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作者 孙恒信 刘奎 +1 位作者 张俊香 郜江瑞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第23期1-11,共11页
对任何物理量的测量都有一定的噪声,经典测量所能达到的最小噪声一般称为散粒噪声,对应着测量的标准量子极限.利用压缩光可以突破标准量子极限,从而提高测量精度.本文介绍了压缩态光场用于突破标准量子极限的基本原理,以及压缩态光场在... 对任何物理量的测量都有一定的噪声,经典测量所能达到的最小噪声一般称为散粒噪声,对应着测量的标准量子极限.利用压缩光可以突破标准量子极限,从而提高测量精度.本文介绍了压缩态光场用于突破标准量子极限的基本原理,以及压缩态光场在相位测量、光学横向小位移及倾斜测量、磁场测量以及时钟同步等精密测量领域的应用和最新进展. 展开更多
关键词 量子精密测量 压缩光 突破标准量子极限
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压缩态光场在激光干涉仪引力波探测器中的应用 被引量:5
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作者 王运永 韩森 +3 位作者 钱进 张齐元 殷聪 王建波 《光学仪器》 2019年第4期85-94,共10页
激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,标准量子极限是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍,压缩态光场注入是超越标准量子极限的重要手段。分析了压缩态光场的主要特点,讨论了压缩态光场的产生机制,介绍了压缩态光场技术在超越标准量子... 激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,标准量子极限是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍,压缩态光场注入是超越标准量子极限的重要手段。分析了压缩态光场的主要特点,讨论了压缩态光场的产生机制,介绍了压缩态光场技术在超越标准量子极限中的应用。 展开更多
关键词 引力波 激光干涉仪 标准量子极限 压缩态光场技术
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光量子噪声对激光干涉仪引力波探测器灵敏度的影响 被引量:3
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作者 王运永 钱进 +1 位作者 韩森 张齐元 《光学仪器》 2016年第6期488-496,共9页
激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,光量子噪声是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍。详细分析了光量子噪声中霰弹噪声和辐射压力噪声产生的机制和主要特点,讨论了标准量子极限,扼要介绍了信号循环、压缩光场等标准量子极限突破技术。
关键词 引力波 激光干涉仪 霰弹噪声 辐射压力噪声 标准量子极限
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压缩态光场的产生及应用——关于多模压缩态光场的实验 被引量:1
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作者 许定国 冯喆臖 +4 位作者 刘宝盈 李英 张继良 陈永庄 高荣发 《商洛师范专科学校学报》 2004年第4期1-8,共8页
回顾了压缩态光场的产生及应用实验历程.提出了产生多模压缩态光场的实验方案.
关键词 多模压缩态 光场 实验方案 历程 产生 应用
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量子态和量子测量态的特性与应用 被引量:2
8
作者 栾添 张雪松 +8 位作者 张先超 夏凌昊 冯志军 徐兵杰 黄伟 周明 江文兵 王晓飞 葛鹏 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2020年第2期99-104,共6页
量子信息技术是基础性创新,是信息技术发展的颠覆性前沿。面向量子信息技术应用,研究工作阐述了量子态的离散性、随机性、叠加性、纠缠性等四个关键特性,提出了量子测量态的离散性、概率性、多样性、关联性等四个对应特征,描述了这些特... 量子信息技术是基础性创新,是信息技术发展的颠覆性前沿。面向量子信息技术应用,研究工作阐述了量子态的离散性、随机性、叠加性、纠缠性等四个关键特性,提出了量子测量态的离散性、概率性、多样性、关联性等四个对应特征,描述了这些特性在当前以及未来量子信息系统中的应用场景和目标,并按照这些特性的应用程度给出了量子信息系统代际划分。研究工作通过分析量子态和量子测量态的特性,在量子信息科学与量子信息工程应用之间架起了一座桥梁,对量子信息技术在信息感知、信息存储、信息处理、信息传递、信息应用等信息过程中的创新应用具有重要意义。 展开更多
关键词 量子调控 标准量子极限 量子态 量子测量态 量子信息系统
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基于线性与非线性干涉仪的量子精密测量研究进展 被引量:2
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作者 孙思彤 丁应星 刘伍明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期69-88,共20页
量子精密测量根据量子力学的基本原理,利用光、原子、磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.随着实验条件和技术的成熟,如何利用干涉仪进一步提高位相信号这一物理量的测量精度从而打破散粒噪声的限制、突破标准量子极限并逼近海森伯... 量子精密测量根据量子力学的基本原理,利用光、原子、磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.随着实验条件和技术的成熟,如何利用干涉仪进一步提高位相信号这一物理量的测量精度从而打破散粒噪声的限制、突破标准量子极限并逼近海森伯极限成为研究的前沿课题.本文阐述了利用线性干涉仪(包括原子/光子干涉仪)与非线性干涉仪调用不同阶段的量子资源在测量过程中提高参数评估精度的几种方法,通过向干涉仪中输入非经典态来实现高精度测量,如压缩态、双数态、NOON态等,还介绍了为直接观测量子态而发展出的弱测量及其在非厄米系统中的应用和为消除参数之间精度制衡而提出的多参数测量.最后,对几种测量方法进行了分析比较,并展望了量子精密测量的发展前景. 展开更多
关键词 量子精密测量 干涉仪 海森伯极限 标准量子极限 非厄米系统
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能够突破标准量子极限的原子双数态的制备研究 被引量:4
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作者 郑盟锟 尤力 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第16期20-27,共8页
所有经典的双模(两路径)干涉仪的相位测量精度都受限于1/N/(1/2)(其中N为参与干涉测量的总粒子数),这一极限被称为经典极限或标准量子极限.量子计量学最重要的目标之一是探索如何通过量子纠缠实现超越经典极限的测量精度.双数态是一种... 所有经典的双模(两路径)干涉仪的相位测量精度都受限于1/N/(1/2)(其中N为参与干涉测量的总粒子数),这一极限被称为经典极限或标准量子极限.量子计量学最重要的目标之一是探索如何通过量子纠缠实现超越经典极限的测量精度.双数态是一种能突破经典极限的纠缠态,它由数目相等、不可区分的自旋朝上和朝下(双模)玻色粒子组成.通过光学自发参量下转换或囚禁离子内态的操控手段已实现了不到十个光子或离子的双数态.利用玻色-爱因斯坦凝聚体中原子的自旋混合过程,近年来也能产生多达几千个原子的双数态.但是这样制备的双数态的总粒子数的随机涨落过大,限制了它们的实际应用潜力.最近,我们通过调控原子凝聚体中的量子相变,实现了超过一万个原子的双数态的确定性制备.本文简要综述这一研究进展. 展开更多
关键词 量子计量 标准量子极限 双数态 Dicke态
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基于铷原子420 nm蓝光冷却的主动光钟超辐射激光实验方案
11
作者 史田田 关笑蕾 +4 位作者 缪健翔 张佳 潘多 庄伟 陈景标 《时间频率学报》 CSCD 2022年第2期89-94,共6页
主动光频标对腔长热噪声具有天然的抑制作用,其激光线宽可突破自发辐射决定的Shawlow-Townes线宽极限,原理上可实现极窄的量子极限线宽。为了解决热原子主动光频标碰撞展宽的影响,本文提出了一种基于冷^(87)Rb原子体系实现主动光钟超辐... 主动光频标对腔长热噪声具有天然的抑制作用,其激光线宽可突破自发辐射决定的Shawlow-Townes线宽极限,原理上可实现极窄的量子极限线宽。为了解决热原子主动光频标碰撞展宽的影响,本文提出了一种基于冷^(87)Rb原子体系实现主动光钟超辐射激光的实验方法,并开展了理论验证。利用四能级量子结构,420 nm激光同时作为冷却光和泵浦光,可以减小泵浦光引入的光频移,同时,相比于^(87)Rb原子795/780 nm冷却,能实现更低的多普勒冷却极限温度。冷^(87)Rb原子团低精细度光学谐振腔的弱反馈下,能够在6S_(1/2)和5P_(1/2)能级间建立粒子布居反转,最终实现线宽为亚赫兹量级、频率取决于量子跃迁频率的1323 nm主动光钟超辐射激光。该激光既可以作为窄线宽本振激光源,也可直接作为光学频率标准使用。 展开更多
关键词 主动光频标 超辐射激光 激光冷却 量子极限线宽
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非线性光机械系统中的弱力探测
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作者 张现周 赵雯 景辉 《河南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第2期52-58,共7页
从理论上研究了包含光学参量放大器的非线性腔光机械系统的弱力探测性能.一方面,发现通过调节光学参量放大器的非线性增益以及输入光场与腔场之间的有效失谐,可以减小压缩正交中约14 dB的量子噪声,从而将弱力探测灵敏度提高2倍以上.另... 从理论上研究了包含光学参量放大器的非线性腔光机械系统的弱力探测性能.一方面,发现通过调节光学参量放大器的非线性增益以及输入光场与腔场之间的有效失谐,可以减小压缩正交中约14 dB的量子噪声,从而将弱力探测灵敏度提高2倍以上.另一方面,分析了非线性腔结合零差测量产生的反作用噪声相消现象并且实现量子非破坏测量的方法. 展开更多
关键词 非线性光学 光机械系统 光学参量放大器 弱力探测 标准量子极限
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原子自旋压缩在量子精密测量中的应用研究进展 被引量:1
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作者 王恩龙 王国超 +3 位作者 朱凌晓 卞进田 王玺 孔辉 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第9期1-12,共12页
原子自旋压缩利用中性原子系综和光场的相互作用,减小原子自旋分量的不确定度,使得基于压缩的量子精密测量灵敏度能够突破标准量子极限,有望在时间频率计量、重力精密测量、物理学原理验证、引力波和暗物质探索等领域发挥重要作用。阐... 原子自旋压缩利用中性原子系综和光场的相互作用,减小原子自旋分量的不确定度,使得基于压缩的量子精密测量灵敏度能够突破标准量子极限,有望在时间频率计量、重力精密测量、物理学原理验证、引力波和暗物质探索等领域发挥重要作用。阐述了原子自旋压缩的原理和内涵,分析了在中性原子系综内通过光与原子相互作用产生自旋压缩的方法,介绍了原子自旋压缩在量子精密测量领域的研究进展和取得的主要成果,并总结展望了其未来发展的方向。 展开更多
关键词 量子光学 量子精密测量 自旋压缩 标准量子极限 原子钟 原子干涉仪
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QPSK信号量子增强接收的混合测量方案研究
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作者 郭畅 党可征 +4 位作者 吴田宜 杨君刚 冉阳 周子超 东晨 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期247-254,共8页
量子增强接收技术具有比传统的相干探测技术更高的测量性能极限,在相干光通信领域能够为非正交量子态的识别提供更低的误符号率,提升相干光通信系统的性能。然而,目前QPSK信号的量子增强接收自适应反馈方案仍然面临方案过于复杂或性能... 量子增强接收技术具有比传统的相干探测技术更高的测量性能极限,在相干光通信领域能够为非正交量子态的识别提供更低的误符号率,提升相干光通信系统的性能。然而,目前QPSK信号的量子增强接收自适应反馈方案仍然面临方案过于复杂或性能难以突破标准量子极限的问题。本文联合经典零差测量和量子测量设计了混合测量方案,并基于报道的实验数据优化方案参数,最后通过蒙特卡罗仿真和数值模拟,计算混合测量方案在实验参数环境下的性能。该方案通过零差测量实现QPSK四态识别到二态识别问题的转换,并通过二元量子测量实现最终判决。仿真结果说明:对于平均光子数小于2的微弱相干光信号,混合测量方案具有在实际条件下突破标准量子极限的能力,在平均光子数为2时,误符号率相比标准量子极限降低了10%。本研究为QPSK微弱信号的量子增强接收提供了一种结构简单、性能能够突破标准量子极限的方案,为量子增强接收技术在星地相干光等长距离通信系统的应用提供了参考。 展开更多
关键词 量子测量 标准量子极限 零差测量 QPSK相干态
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高灵敏度原子磁力计研究进展 被引量:18
15
作者 刘国宾 孙献平 +2 位作者 顾思洪 冯继文 周欣 《物理》 CAS 北大核心 2012年第12期803-810,共8页
文章评述了近二十年来,基于光与原子相互作用现象的一系列高灵敏原子磁力计的研究进展.介绍了各类原子磁力计的优缺点,以及各自相关的应用研究进展.最后,在综述磁力计发展的基础上,对其将来的应用前景给出了展望.
关键词 磁力计 激光光抽运 相干布居囚禁 非线性磁光旋转 无自旋交换弛豫 氮空位金刚石 亚标准量子极限
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精密测量中的量子极限 被引量:5
16
作者 袁春华 张可烨 张卫平 《中国科学:信息科学》 CSCD 2014年第3期345-359,共15页
给定一个物理装置,对于一个物理可观察量能够得到的测量精度是什么?为了回答这一问题,本文以最近量子精密测量的发展为主线,量子参数估值方法为核心,介绍单粒子(线性耦合)体系和多粒子(非线性耦合)体系物理量测量精度的量子限制.作为例... 给定一个物理装置,对于一个物理可观察量能够得到的测量精度是什么?为了回答这一问题,本文以最近量子精密测量的发展为主线,量子参数估值方法为核心,介绍单粒子(线性耦合)体系和多粒子(非线性耦合)体系物理量测量精度的量子限制.作为例子,对光学量子精密测量中如何突破标准量子极限,甚至海森堡极限做了简明阐述.特别总结了非线性精密测量在突破海森堡极限方面的最新进展.最后,探讨了量子精密测量未来发展的可能趋势. 展开更多
关键词 量子精密测量 标准量子极限 海森堡极限 超海森堡极限 相位灵敏度 量子免疫的子系统
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基于平衡零拍时间测量的位相问题 被引量:1
17
作者 陈立 孙恒信 +2 位作者 刘洪雨 刘奎 郜江瑞 《量子光学学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期6-11,共6页
文章分析了基于平衡零拍的时间测量的相位问题,给出了以压缩态作为信号场时的量子标准极限,并重点讨论了在实际测量中由于系统不稳定而导致信号场与本底场的相对位相抖动对测量结果的影响。结果表明,利用压缩光的平衡零拍测量,最佳测量... 文章分析了基于平衡零拍的时间测量的相位问题,给出了以压缩态作为信号场时的量子标准极限,并重点讨论了在实际测量中由于系统不稳定而导致信号场与本底场的相对位相抖动对测量结果的影响。结果表明,利用压缩光的平衡零拍测量,最佳测量结果的压缩度取决于测量系统的相位稳定性。 展开更多
关键词 时间测量 相对位相抖动 压缩态 量子标准极限 最小可测量 测量精度 探测效率
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压缩态光场产生与应用实验研究进展
18
作者 彭堃墀 《中国科学基金》 CSCD 1998年第2期130-133,共4页
量子光学是近30年蓬勃发展起来的前沿学科。量子光学研究光场的量子特性及量子化光场与物质的相互作用,以揭示更多更深层次的物理效应。通过量子光学实验手段,人们能以精美而简捷的方法直接显示与验证许多量子力学基本原理,在量子层次... 量子光学是近30年蓬勃发展起来的前沿学科。量子光学研究光场的量子特性及量子化光场与物质的相互作用,以揭示更多更深层次的物理效应。通过量子光学实验手段,人们能以精美而简捷的方法直接显示与验证许多量子力学基本原理,在量子层次上探讨辐射场及原子的动力学行为。另一方面,某一分量噪声低于散粒噪声基准的非经典电磁场态——光场压缩态(squeezed state),应用于光学测量和光通讯系统,可以突破标准量子精确度极限,完成超微弱信息的检测与传输。 展开更多
关键词 压缩态光场 散粒噪声 标准量子极限 量子光学
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基于光学参量放大器的量子干涉仪的分析 被引量:8
19
作者 刘翊钊 左小杰 +1 位作者 闫智辉 贾晓军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期200-207,共8页
高精度光学干涉仪是实现精密测量的重要工具之一,干涉仪的最终灵敏度受限于真空起伏决定的标准量子极限(SQL)。利用量子资源可以实现突破SQL的相位测量。在基于光学参量放大器(OPA)的量子干涉仪中,将干涉仪两臂中OPA产生的相位压缩态直... 高精度光学干涉仪是实现精密测量的重要工具之一,干涉仪的最终灵敏度受限于真空起伏决定的标准量子极限(SQL)。利用量子资源可以实现突破SQL的相位测量。在基于光学参量放大器(OPA)的量子干涉仪中,将干涉仪两臂中OPA产生的相位压缩态直接作为相敏量子态,通过同时降低散粒噪声和放大相敏场强可以使其灵敏度无条件地突破SQL。然而,量子态对损耗是非常敏感的。通过分析量子干涉仪的各种损耗对其灵敏度的影响,得出了量子干涉仪灵敏度与各种损耗的依赖关系。同时,通过分析灵敏度与分析频率等其他物理参量的关系,得出了进一步优化系统灵敏度、带宽等性能的实验参数。 展开更多
关键词 量子光学 光学参量放大器 马赫-曾德尔干涉仪 标准量子极限 压缩态 灵敏度
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