Quantum-enhanced metrology with the single-mode coherent states of an optical cavity inside a quantum feedback loop
在本文中，我们使用的非线性动力学的单个量子轨迹的光学腔内的瞬时量子反馈回路来测量的相移的两个路径的光与标准量子极限以上的精度。反馈激光器提供了一个参考系，并不断增加谐振器的状态对未知相位的依赖性。由于我们的量子精密测量方案可以用现有技术实现，并且不需要高效的单光子探测器，因此在高度纠缠的多光子态变得更容易获得之前，它应该具有实际意义。
2016-06-27 quant-ph
Linear Optical Quantum Metrology with Single Photons: Exploiting Spontaneously Generated Entanglement to Beat the Shot-Noise Limit
量子数-路径纠缠是用于超灵敏量子精密测量的资源，并且特别地提供子散粒噪声或甚至海森堡限制的灵敏度。然而，这种数路纠缠被认为是资源密集型的，首先要创建-通常需要非常强的非线性，或具有前馈的非确定性准备方案，这是难以实现的。最近，从多光子步行者的量子随机行走的研究，以及与单光子输入馈入的无源线性光学干涉仪的计算复杂性的研究中，已经表明，这种无源线性光学器件产生了超指数大量的数量路径纠缠。一个合乎逻辑的问题是，这种纠缠是否可以用于量子精密测量。我们在这里回答这个问题是肯定的，表明一个简单的，被动的，线性光学干涉仪-美联储只有不相关的，单光子输入，再加上简单的，单模，不相交的光电探测-是能够显着击败散粒噪声限制。我们的结果意味着一条通往实用量子精密测量的途径。
2015-05-04 quant-ph
Retrieving ideal precision in noisy quantum optical metrology
量子精密测量采用量子效应来获得超过经典物理学中可实现的极限的测量精度。然而，在基于Mech-Zehnder干涉仪的量子精密测量中，由于光子的损失，使得测量精度从理想的Zeno极限（ZL）返回到散粒噪声极限（SNL）。在这里，我们发现，不仅SNL可以被击败，但也可以在长编码时间的条件下，渐近恢复的ZL的光子耗散是在其固有的非马尔可夫的方式进行了研究。我们的分析表明，这是由于光子系统的束缚态的形成及其耗散噪声。研究结果揭示了量子光学计量学中耗散噪声的微观机理，为在油藏工程背景下通过形成束缚态实现超灵敏测量提供了指导。
2019-06-26 quant-ph
Quantum-enhanced metrology without entanglement based on optical cavities with feedback
有许多不同的策略可以比标准量子极限更有效地测量两条光路之间的相移。一种方法是使用高度纠缠的光子。另一种方法是将光子暴露于非线性或相互作用的哈密顿量。本文强调开放量子系统的条件动力学为量子增强计量学提供了一个有趣的额外工具。作为一个具体的例子，我们回顾了最近的计划，利用条件动力学的激光驱动的光腔与自发光子发射内的量子反馈回路。从二阶光子相关测量中推断信息既不需要光学非线性，也不需要纠缠光子，因此应该立即引起实际兴趣。
2016-09-08 quant-ph
Quantum imaging with sub-Poissonian light: challenges and perspectives in optical metrology
光束中的非经典相关性提供了前所未有的机会，在光学测量和成像中，特别是但不仅是，当测量到低到单个光子的光子通量时，可以超越传统的灵敏度和分辨率极限。我们回顾了利用亚泊松光子统计和非经典光子数关联的量子成像和传感技术的原理，介绍了该领域的一些最新成果。这些量子光子学协议有可能在许多应用中触发重大步骤，例如显微镜和生物光子学，并代表了辐射测量和光度测量新交易的重要机会。
2019-04-02 quant-ph
Variational Limits for Phase Precision in Linear Quantum Optical Metrology
我们应用变分方法得到了一些噪声系统中参数精度的普遍和解析下界。首先推导了非零温度下有耗光干涉测量中相位精度的下限。在此基础上，考虑了振幅阻尼和相位扩散对相移精度的影响。最后，我们将恒定相位估计推广到连续涨落相位估计的情形，发现由于光子损失，相应的均方误差随着总光子通量的增加从随机海森堡极限过渡到随机标准量子极限。
2015-10-26 quant-ph
Non-Markovian effect on quantum optical metrology under dissipative environment
量子精密测量利用量子效应来实现与其经典对应物相比更高精度的物理量测量。然而，普遍存在的退相干现象阻碍了它的应用。最近，非马尔可夫效应被证明是有效的，在执行量子光学计量下的局部耗散环境\cite{PhysRevLett.123.040402}。然而，其机制仍然相当模糊。本文利用纠缠相干态的量子费舍尔信息揭示了为什么形成束缚态可以保护量子性免受耗散环境的影响。推导了长编码时间条件下量子费舍尔信息的精确解析表达式，揭示了当平均光子数较小时，精度动力学很容易渐近地达到理想情况下的精度动力学.同时，随着平均光子数的增加，标度从弱海森堡极限向亚经典极限转变。我们的工作提供了一个配方，实现超灵敏度测量中存在的噪声，利用非马尔可夫效应。
2020-02-27 quant-ph
Multi-mode Entanglement is Detrimental to Lossy Optical Quantum Metrology
在光干涉测量中，多模纠缠通常被认为是量子增强测量背后的驱动力。最近的工作已经证明了这个假设是错误的：单模量子态和多模纠缠态一样好。我们超越了这一点，以表明，当光子损失发生-在任何现实的系统中是不可避免的-多模纠缠实际上是有害的，以获得量子增强测量。我们专门将这一想法应用于相干态的叠加，表明这些状态显示出对损失的鲁棒性，使它们在现实系统中显着优于竞争对手。一个实际可行的测量方案，然后提出，允许测量接近理论界，即使有损失。这些结果促进了一种新的方式接近光学量子精密测量使用单模状态，我们希望有很大的影响，为未来。
2015-04-14 quant-ph
Coherence enhanced quantum metrology in a nonequilibrium optical molecule
利用超越久期近似的量子主方程，研究了耦合于两种不同温度环境的光学分子系统中的量子精密测量。我们发现非平衡态产生并维持的稳态相干性可以增强量子精密测量。我们还研究了非平衡态的旋度通量、热流和定态熵产生的定量度量。发现它们随温差而生长。然而，一个明显的悖论出现考虑相反的行为的稳态相干性和非平衡措施有关的腔间耦合强度。通过将热流分解为粒子数部分和相干部分，解决了这个悖论。只有后者，相干热流，是紧密相连的稳态相干性和行为类似的相对于腔间耦合强度。有趣的是，相干热流从低温库流向高温库，与布居热流的方向相反。我们的工作提供了一种可行的方法来增强量子精密测量的开放量子系统通过稳态相干的非平衡条件，可以控制和操纵，以最大限度地提高其效用。其潜在的应用不仅限于量子精密测量，还扩展到器件设计、量子计算和量子技术等领域。
2018-03-16 quant-ph
An ion ring in a linear multipole trap for optical frequency metrology
研究了线性多极阱中离子的环形晶体作为光频标的基础。通过分析模型和分子动力学模拟讨论了平衡条件和冷却可能性。提出了一种降低对捕获离子数量波动的频率灵敏度的配置。钙离子的电四极跃迁的系统位移进行了评估，为这个环的配置。这项研究表明，10或20个离子的环允许达到比单个离子更好的短期稳定性，而不会引入限制性的长期波动。
2010-05-31 quant-ph
Tutorial: Optical quantum metrology
本教程围绕光学量子计量学展开，介绍非经典光为量子光子传感带来的性能优势，讲解参数估计基本原理并综述领域研究现状，帮助理解量子效应在测量领域的应用价值。
2025-07-30 quant-ph
Linear optical quantum metrology with single photons --- Experimental errors, resource counting, and quantum Cramér-Rao bounds
量子数-路径纠缠是用于超灵敏量子精密测量的资源，并且特别地提供子散粒噪声或甚至海森堡限制的灵敏度。然而，这种数路纠缠被认为是资源密集型的，首先要创建-通常需要非常强的非线性，或具有前馈的非确定性准备方案，这是难以实现的。最近在[物理学评论] Lett。114，170802（2015）]我们证明了来自玻色子采样启发的干涉仪的数字路径纠缠可以用来击败散粒噪声限制。在这篇手稿中，我们比较和对比不同的干涉方案，讨论资源计数，计算精确的量子克拉美-拉奥界限，并研究实验误差的细节。
2017-03-07 quant-ph
Quantum correlations in optical metrology: Heisenberg-limited phase estimation without mode entanglement
利用量子费舍尔信息和量子关联参数研究了非经典光场在参数估计中的应用。结果表明，量子态的最佳测量灵敏度由其模间关联（依赖于路径纠缠）和模内关联（依赖于光子统计）决定.根据这些结果，我们考虑量子增强光学干涉仪的性能。此外，我们提出了一个海森堡有限的计量协议，涉及标准的元素，从被动和主动线性光学，量子克拉美-拉奥界限是饱和的强度测量。有趣的是，该方案的量子优势仅来自探测态的非经典光子统计，而不依赖于纠缠。我们研究了该方案的性能存在现实的损失，因此预测大幅提高散粒噪声限制与当前的技术能力。
2015-01-08 quant-ph
Entanglement-Seeded-Dual Optical Parametric Amplification: Applications to Quantum Communication, Imaging, and Metrology
光学参量放大器（OPA）的研究已经成功地描述和产生用于诸如量子精密测量和量子光刻等领域的非经典光[Agarwal等人，J. Opt. Soc. Am. B，24，2（2007）]。在本文中，我们提出了一种利用纠缠态输入的OPA方案的理论。该方案涉及两个相同的OPA，并将最大路径纠缠的N 00 N态作为种子（|2，0>+|0，2>）/sqrt{2}。受激放大导致输出态的几率幅依赖于每个模中的光子数，这与双模压缩真空有很大的不同。输出包含一族可直接应用于量子密钥分发的纠缠态。特定的输出状态允许预先创建N=4 N 00 N状态，其可以用于量子光刻，以写入亚瑞利条纹图案，以及用于量子干涉测量，以实现海森堡限制的相位测量灵敏度。
2008-04-10 quant-ph
Parity Detection in Quantum Optical Metrology Without Number Resolving Detectors
本文提出了一种不借助光子数计数而直接获得高斯光态宇称的方法。该方案仅使用简单的平衡零差技术和强度相关。因此，利用相干光或压缩光的干涉测量方案以及奇偶校验检测可以实际地对任意光子通量实施。具体来说，我们调查的双模，压缩光，马赫-曾德尔干涉仪，并显示如何奇偶校验的输出状态可能会得到。我们还表明，检测可以描述独立的奇偶校验算子，这种“奇偶校验代理”的测量具有相同的信号作为传统的奇偶校验。
2012-08-09 quant-ph
Quantum optical metrology in the lossy $SU(2)$ and $SU(1,1)$ interferometers
利用量子Cramer-Rao束缚研究了相干压缩真空态输入下常规和非常规$SU(1,1)$干涉仪的相位灵敏度。我们明确地构建检测方案，给出了最佳的相位灵敏度。出于实用的目的，我们表明，在光子损失的存在下，适当的零差检测的干涉仪，几乎是最佳的。我们还发现，与相干态和压缩真空态不同，对于一般的相干压缩态，不完美探测器对相位灵敏度的影响不能通过增加光放大器的放大增益来渐近消除。
2016-07-19 quant-ph
Quantum Modeling of Scanning Near-Field Optical photons Scattered by an Atomic-Force Microscope Tip for Quantum Metrology
研究提出用单光子发射器光子替代入射电磁场，基于电偶极子近似、镜像理论和微扰理论建立s-SNOM系统的量子模型，通过提取散射光子量子态获取介电材料电容率，为高分辨率量子传感与计量提供新方案。
2023-01-18 quant-ph
Photonic quantum metrology with variational quantum optical non-linearities
本文提出结合量子光学非线性与变分量子算法的确定性协议，以少量操作生成计量相关态，在门错误下实现保真度指数级改进并增强抗噪性，推动光子量子计量的可扩展性。
2024-02-07 quant-ph
Improving the Precision of Optical Metrology by Detecting Fewer Photons
在用于测量物理量的光学测量协议中，增加光子数原则上总是有利于提高测量精度。然而，实际的约束防止由于实际检测器的缺陷而任意增加n，特别是当检测器响应由饱和效应主导时。在这项工作中，我们表明，一个修改后的弱测量协议，即偏置弱测量显着提高了精度的光学计量饱和效应的存在。这种方法检测到一个超小部分的光子，同时保持相当数量的光子信息。偏置的预耦合导致后选择中光子的额外减少，并在光谱分布中产生消光点，该消光点对估计的参数极其敏感并且难以饱和。因此，Fisher信息可以通过增加光子数来持续增强。在我们的磁传感实验中，偏置弱测量的精度比以前使用的方法高出约一个数量级。所提出的方法可以应用于各种光学测量方案，以规避探测器饱和效应与低成本的设备。
2021-03-23 quant-ph
Quantum Optical Metrology of Correlated Phase and Loss
光学吸收测量表征了从原子气体到活生物体的\emph{in-vivo}诊断的各种系统。在这里，我们研究的非经典技术的潜力，以减少统计噪声低于散粒噪声的限制，在吸收测量与伴随的相移所赋予的样品。我们认为这两种情况下，有一个已知的吸收和相移之间的关系，这种关系是未知的。对于每种情况下，我们得出的基本限制，并提供了一个实用的策略，以减少统计噪声。此外，我们发现一个直观的吸收和有损相移的测量之间的对应关系，这两者都显示出相同的精度提高的范围。我们的研究结果表明，非经典技术可以帮助现实世界的任务与当今的实验室技术。
2019-10-02 quant-ph
Double-port measurements for robust quantum optical metrology
已经提出并证明了路径纠缠Fock态（PEFS）对NOON态的光子损失具有鲁棒性[S. D. Huver \emph{et al.}，Phys.Rev.A \textbf{78}，063828（2008）]。然而，演示是基于一个测量方案，该方案尚未在实验中实施。在这项工作中，我们定量地说明了PEFS的优势，NOON态的光子损失的存在下，通过解析计算的量子费舍尔信息。为了实现这样的优势，在实践中，我们然后调查可实现的灵敏度采用三种类型的可行的测量：奇偶校验，光子数分辨，和零差测量。在这里，我们应用双端口测量策略，其中在干涉仪的每个输出端口处的光子被同时检测到上述类型的测量。
2021-04-21 quant-ph
The parity operator in quantum optical metrology
如果光子数是偶数，则光子数状态被分配奇偶校验，如果光子数是奇数，则奇偶校验。宇称算符是光子数算符的负1次方，是一个厄米算符，因此是一个量子力学的可观测算符，尽管它没有经典的类似物，这个概念在经典光波的背景下是毫无意义的。在本文中，我们审查工作的应用程序的宇称算子的问题，量子精密测量的检测小相移与量子光学干涉测量使用高度纠缠的场状态，如所谓的N00N状态，并通过注入双Fock状态到分束器。有了这样的状态和对干涉仪的输出光束之一进行奇偶测量，人们可以突破灵敏度的标准量子极限或散粒噪声极限，达到海森堡极限，这是量子力学对线性相移所允许的最大程度的相位灵敏度。海森堡极限灵敏度有望最终在干涉探测系统（如LIGO和VIRGO）中探测引力波的尝试中发挥重要作用。
2010-07-04 quant-ph
Adiabatic quantum metrology with strongly correlated quantum optical systems
我们表明，由Dicke哈密顿量的系统的准绝热演化可以描述在一个自诱导的量子多体相互作用协议。这种效应依赖于基态对量子相变时的小扰动的敏感性，这导致波函数坍缩成两种可能的基态之一。最终态性质与原子数和对称性破缺场强度的标度可以用有效量子自旋协议的进动时间来解释。我们表明，我们的想法可以用自旋-声子相互作用在捕获离子设置进行测试。我们的工作点的分类量子相变的多体量子系统的参数估计的能力。
2013-05-24 quant-ph
Practical Quantum Metrology
量子精密测量研究有望提供一种新的传感器，这种传感器可以实现最高水平的精密测量，并从根本上优于现代传感器。为了实现量子增强传感器并使其能够在现实世界中应用，需要容忍现实制造缺陷和环境噪声的实用方案。我们已经证明了一个实用的，损失容忍的光子量子精密测量的方法，旨在利用所有的多光子组件在自发参数下转换-一种方法，用于产生多个光子，我们表明不需要进一步的基本状态工程用于实际的量子精密测量的关键使能原则。我们观察到一个量子优势的光学相位的精确测量使用四光子检测组件的这个计划，尽管83%的系统损失。这为基于当前量子光学能力的新量子传感器开辟了道路。
2013-07-18 quant-ph
Quantum metrology with entangled coherent states
我们提出了一种改进的利用纠缠相干态的相位估计方案，并证明了在理想和有耗条件下，与NOON、BAT和“最佳”态相比，纠缠相干态的相位参数方差最小。由于这些优点出现在非常适度的粒子数，纠缠相干态计量学的光学版本是可以实现的与当前的技术。
2011-11-29 quant-ph
Monitoring variations of refractive index via Hilbert-Schmidt speed and applying this phenomenon to improve quantum metrology
本文利用原子系综的集体光学行为增强单原子频率估计，并提出以 Hilbert-Schmidt 速度监测线性与非线性折射率变化、检测负介电常数和负折射率，从而改进量子计量。
2022-10-18 quant-ph
Quantum Computing, Metrology, and Imaging
信息科学正在进入一个新的时代，其中量子力学的某些微妙之处使计算效率和通信安全性大大提高。当然，实现量子信息处理协议所需的量子系统的精确控制意味着其他科学和技术的潜在突破。我们讨论了光学系统中量子控制的最新发展及其在计量和成像中的应用。
2005-06-17 quant-ph
Practical quantum metrology with large precision gains in the low photon number regime
量子精密测量利用量子相关性以有限的粒子数进行精确测量。通过利用光干涉仪中的模间和模内关联，我们发现了一种结合了纠缠和压缩的状态，在散粒噪声限制下，对于低光子数，量子费舍尔信息（QFI）--一种与精度相关的度量--增强了7倍。出于实用性，我们然后看看压缩猫状态，这是最近实验，并显示进一步的精度增益超过散粒噪声限制和3倍的改进，在QFI超过最佳高斯状态。我们提出了一个概念上简单的测量方案，饱和的QFI，我们证明了小光子数的鲁棒性损失。因此，压缩猫态可以在实际和现实的条件下，在光学量子精密测量中提供一个显着的精度提高。
2016-04-20 quant-ph
Quantum metrology with open dynamical systems
本文研究了退相干条件下动态传感器的量子极限。一种改进的纯化方法被用来获得更严格的量子检测和估计误差范围的光学相位传感和光机械力传感。当存在光损耗时，发现这些边界在某些实际条件下服从任意光量子态的散粒噪声标度，从而排除了在这些条件下相对于平均光子通量的渐近海森堡误差标度的可能性。利用目前的量子光学技术，预计所提出的界限是可接近的。
2013-06-12 quant-ph
Heating rate measurement and characterization of a prototype surface-electrode trap for optical frequency metrology
我们提出了一个原型表面电极（SE）陷阱的表征，作为实现一个紧凑的，单离子光学时钟的基础上Yb $^+$的第一步。SE阱的使用将是受益于洁净室制造技术和量子信息处理领域的技术进步的关键因素。我们成功地证明了在500 $μ$ m的电极距离捕获，其特征在于我们的陷阱的寿命和加热速率。据我们所知，这是SE阱中加热速率测量所达到的最高距离。用简单材料实现的这种简单的5线设计产生$\mathbf{8\times 10^3}$声子/s的加热速率。我们提供了一个分析的性能，这种原型陷阱的光频率计量。
2022-06-16 physics.atom-ph quant-ph
Quantum State Engineering and Precision Metrology using State-Insensitive Light Traps
精密计量学和量子测量通常要求在内部和外部自由度的良好定义的量子态中制备物质。激光冷却的中性原子局域在一个深限制的光学势满足这一要求。通过适当选择光阱的波长和偏振，原子的两个电子态可以经历相同的捕获势，允许独立于原子质心运动的电子跃迁的相干控制。我们回顾了一些最近的实验，使用这种方法来研究精确的量子精密测量的光学原子钟和相干控制的单原子和光子的光相互作用的上下文中的腔量子电动力学。我们还提供了一个简短的调查，未来的工作充满希望的前景。
2008-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Relative Phase Distribution and the Precision of Optical Phase Sensing in Quantum Metrology
本文计算多种双模纯量子光态的 LSS 相对相位分布，证明其 Fisher 信息与量子 Fisher 信息一致，可用于预测相位传感的最小不确定度。
2022-08-24 physics.optics quant-ph
Phase estimation algorithm for the multibeam optical metrology
酉傅里叶变换是众多计算算法的核心。在这里，我们的实验表明如何酉傅立叶变换为基础的相位估计协议，即在量子精密测量，可以被翻译成经典的线性光学框架。由分束器、反射镜和移相器组成的开发的装置演示了经典相干性如何与量子相干性类似地构成用于获得关于可测量的物理量的信息的资源。我们的研究为小规模酉算法在路径编码量子点上的可靠实现开辟了道路，从而建立了一个易于访问的酉计算平台。
2020-05-27 physics.optics quant-ph
A Quantum Theory of Temporally Mismatched Homodyne Measurements with Applications to Optical Frequency Comb Metrology
本文针对现有量子理论无法描述具有大模式失配和有限强度本地振荡器的光学频率梳测量问题，推导了任意模式重叠下的零差探测测量算符，并据此设计最大化信噪比的滤波器，为将频率梳干涉测量扩展到非经典光态计量等场景奠定基础。
2024-03-25 physics.optics quant-ph
Preselection-Encoded Weak-Value Interferometry for Optical-Rotation Metrology
Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技学院）
本文提出预选择编码弱值放大（PeWVA）方法，通过将测量量编码进探针偏振并分离传感与读出，在探测器受限条件下减少杂散光和相位噪声影响，实验证明可提升光学旋转计量性能。
2026-09-23 quant-ph
Progress in quantum metrology and applications for optical atomic clocks
University of Colorado（科罗拉多大学）；JILA, University of Colorado and National Institute of Standards and Technology（JILA，科罗拉多大学与美国国家标准与技术研究院）
本文探讨了量子纠缠在提升测量灵敏度方面的应用，分析了光学原子钟中量子计量学的理论与实验挑战，并展望了未来发展方向。
2025-12-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Nonlinear interferometry-based metrology of magneto-optical properties at infrared wavelengths
针对红外磁光计量元件缺乏的问题，提出基于非线性干涉测量、以可见光探测红外特性的方法，并在近红外600 nm带宽内测量铋铁石榴石的Verdet常数。
2024-06-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Fundamental quantum limits in optical metrology from rate-distortion theory
我们推导出贝叶斯框架中的光学计量和通信系统的性能的基本下限。推导使用经典的率失真理论结合的能力上的界限，以传输由系统设计指定的各种光信道的经典信息。该界限用系统参数、参数的先验概率分布和平均能量表示，即，探测状态下的光子数$E$。对于相位估计，边界属于一个循环均方误差标准，结合周期性质的相位。在没有光损耗的情况下，我们的界限适用于多模线性相位调制方案（包括辅助的），并在一个单一的模式的非线性调制。边界显示循环均方误差相对于$E$的逆二次海森堡极限标度。在任何有限的损失量的存在下，辅助相位估计与标准量子限制（SQL）缩放的下限推导出，这被证明是一个类似的约束相干状态探针的不同。对于涉及一个单一的光学模式的系统，我们还获得了估计任何经典参数的均方误差的下界，以及在平均能量约束下的任何$M$ -ary通信系统的平均错误概率。该界对任意量子测量、任意先验概率分布都是有效的，并且不依赖于无偏性假设。
2018-09-21 quant-ph
Optical interferometer using two-mode squeezed light for enhanced chip-integrated quantum metrology
本研究提出利用双模压缩光和微环谐振腔实现芯片集成量子计量，在现实损耗下小型设备相比相干光可实现高达十倍的量子改进，性能媲美大型经典传感器。
2024-07-29 quant-ph
Quantum Limits of Passive Optical Surface Metrology and Defect Detection
University of Oxford（牛津大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文提出量子统计框架用于被动光学表面计量，通过空间模式排序实现裂纹宽度和深度的高精度估计及缺陷检测提升。
2026-03-11 physics.optics quant-ph
Continuum-field quantum optics of frequency comb metrology
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；NTT Research, Inc.（日本电报电话研究院）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出一个基于连续模场量子化和梳线解析描述的量子力学框架，用于分析频率梳计量中的量子噪声，揭示了光学频率分割和双梳光谱学中超出 semiclassical 范围的两个新效应，为设计超越标准量子极限的下一代频率梳提供基础。
2026-06-09 quant-ph
Gaussian quantum metrology in a dissipative environment
量子精密测量追求通过使用量子资源对物理量进行高精度测量。然而，退相干通常阻碍其性能。先前的工作发现，由于Born-Markovian近似退相干，在长编码时间范围内，量子误差趋于发散，这被称为噪声量子精密测量的不通过定理。本文提出了一种以双模量子化光场为量子探针的高斯量子精密测量方案。在理想情况下，它达到了亚海森堡极限的精度。然而，马尔可夫退相干导致的质心模式的探针所贡献的误差发散。在非马尔可夫动力学中发现了一种消除这种表面上的不去定理的机制。我们的结果为在实际连续变量系统中实现高精度量子精密测量提供了一条有效途径。
2021-11-03 quant-ph
Contextual quantum metrology
该研究提出语境化量子计量学（coQM）方法，证明测量选择的语境性可作为量子计量资源，能通过简单线性光学实验将偏振测量精度提升1.4至6.0倍，突破传统量子计量精度极限，具备实际应用价值。
2023-11-22 quant-ph
Multiparameter quantum metrology at Heisenberg scaling for an arbitrary two-channel linear interferometer with squeezed light
University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）
利用 squeezed 光在任意双通道线性干涉仪中实现 Heisenberg 缩放的多参数量子计量，为高精度光学干涉计量提供实验可行的设计原则。
2025-09-09 quant-ph
Practical resources and measurements for lossy optical quantum metrology
我们研究了在有损马赫-曾德尔干涉仪（MZI）使用两个一般的，实用的，由激光器和非线性光学介质与被动优化元件，这是在实验室中容易获得的资源产生的相位估计的灵敏度：一个是在分束器的双模可分离的相干和压缩真空态，另一个是双模压缩真空态。考虑到量子费舍尔信息给出的极限精度，我们证明了在光子损失信道下，双模压缩真空态比相干压缩真空态能达到一个估计误差的下界.我们进一步考虑了实际的测量方案，零差探测和光子数分辨探测（PNRD），以表征在现实中的相位估计的准确性，并发现相干和压缩真空态在很大程度上实现了一个下界比双模压缩真空在有损MZI，同时保持量子增强超过散粒噪声限制。通过比较零差探测和PNRD，我们证明了零差探测的正交测量比PNRD的宇称测量对光子损失的鲁棒性更强。我们还表明，双零差检测可以提供一个更好的工具，相位估计比单零差检测对光子损失。
2017-12-06 quant-ph
The power of microscopic nonclassical states to amplify the precision of macroscopic optical metrology
众所周知，使用强（宏观）经典光的马赫-曾德尔干涉仪的相位测量的精度可以通过在非经典状态下添加弱（微观）光场而大大增强。所得的精确度比单独使用宏观经典态或微观量子态的精确度要高得多。在量化非经典性的上下文中，非经典状态可以以这种方式提高精度的量被称为其“量子能力”。考虑到产生高振幅非经典光态的技术难度，这种非经典光的使用可能比海森堡标度法使用更强的非经典光态更快地提供技术优势。到目前为止，弱非经典态提供的增强只计算了特定的测量配置。在这里，我们能够优化所有的测量配置，以获得最大的增强，可以实现任何单一或多模式的非经典状态与强经典状态，本地和分布式量子精密测量采用任何线性或非线性单模幺正变换。我们的分析表明，\textit{quadrature displacement sensing}的量子费舍尔信息是唯一的属性，确定在所有这些不同的情况下，可实现的最大增强，提供了一个统一的量化的功率。它还揭示了马赫-曾德尔干涉仪是一个最佳的网络相位传感的任意单模非经典输入状态，以及如何马赫-曾德尔干涉仪可以扩展到任何多模非经典状态的计量学的最佳使用。
2022-06-03 quant-ph
Classical entanglement in polarization metrology
最近已经提出了依赖于纠缠光子的量子方法来提高光学测量的效率。我们在这里证明，令人惊讶的是，使用的经典光与纠缠自由度也可以带来突出的优势，在偏振计量的传统测量。具体来说，我们表明，径向偏振光束允许执行实时单次米勒矩阵偏振。我们的结果还表明，量子光学程序要求纠缠无非定域性实际上可以实现在经典光学制度。
2014-04-03 physics.optics quant-ph
Geometric bounds on multiparameter Heisenberg scaling in optical metrology with limited squeezed resources
University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）；Quantum Science and Technology Hub, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学量子科学与技术中心）；Università di Bari（巴里大学）；INFN, Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所）
研究多参量同时估计中，在多模高斯网络里给定压缩探测器时，有多少参数组合能继承海森堡标度。通过分析量子费希尔信息矩阵，得出海森堡标度系数秩的界限，确定饱和条件并构建干涉仪族。
2026-07-28 quant-ph
Entanglement-enhanced quantum metrology in a noisy environment
量子精密测量克服了标准的精度限制，在科学技术中发挥着核心作用。实际上，它容易受到诸如退相干之类的缺陷的影响。在这里，我们证明了量子精密测量的噪声信道，使纠缠与辅助量子比特增强相位估计的量子费舍尔信息，但不是其他。我们的光子实验涵盖了各种类型的信道的噪声范围，包括两个随机交替的信道，使得每个噪声信道的辅助纠缠分别失败。我们已经模拟了噪声信道实现空间复用的双量子光子输入干涉仪。我们已经证明了纠缠辅助协议的优势，在相位估计实验中运行的单探针或多探针的方法。这些结果表明，与附属纠缠是一种有价值的方法，提供量子增强计量。我们的新方法，通过一个简单的线性光学干涉网络与易于准备的光子输入的纠缠辅助量子精密测量提供了一条通往实用的量子精密测量。
2018-01-29 quant-ph
Distributed Quantum Metrology with a Single Squeezed-Vacuum Source
我们提出了一个干涉计划的估计与非负权重的线性组合的任意数量的$M>1$的未知相位延迟，分布在一个$M$信道的线性光网络，海森堡有限的灵敏度。这是在不需要任何光子数或纠缠态源、光子数分辨探测器或辅助干涉通道的情况下实现的。事实上，所提出的协议显着依赖于一个单一的压缩态源，在干涉仪输出的反压缩操作，和开关光电探测器。
2019-06-28 quant-ph
Multi-Colour Quantum Metrology with Entangled Photons
纠缠光子可以用来进行测量，其精度超过经典光的精度。虽然量子精密测量的大多数实现都使用由单色光子组成的状态，但我们表明，通过使用干涉仪内光子对的光子晶体光纤源，两种颜色的纠缠态可以对光相位和路径长度表现出超灵敏度。这种设置相对简单，并且对实验缺陷具有鲁棒性。我们证明了超出标准量子极限的灵敏度，并显示超分辨干涉条纹使用纠缠态的两个，四个和六个光子。
2013-08-12 quant-ph
A search algorithm for quantum state engineering and metrology
在本文中，我们提出了一个搜索算法，找到有用的光学量子态，可以创建与当前的技术。我们将该算法应用于量子精密测量领域，目标是找到可以高精度测量相移的状态。我们的算法有效地产生了一些新的解决方案：我们发现实验准备方案，以产生状态，显示出显着的改进，在国家的最先进的，并可以测量的精度，击败了散粒噪声限制超过4倍。此外，这些国家表现出稳健性的中度/高光子损失，我们提出了一个概念上简单的测量方案，饱和的Cramér-Rao界限。
2016-03-29 quant-ph
Quantum metrology and its application in biology
量子精密测量提供了一种克服传感器件中的实际限制的途径。它与生物学特别相关，其中灵敏度和分辨率限制限制了基础生物物理学和医学中的应用。在这里，我们审查量子精密测量从这个生物背景下，由于其特定的相关性，生物成像，传感和刺激的光学技术为重点。我们对量子力学的理解已经在生物学中实现了重要的应用，包括使用纠缠光子的正电子发射断层成像（PET）、使用核磁共振的磁共振成像（MRI）以及使用超导量子干涉器件（SQUID）的生物磁成像。在量子精密测量中，更大范围的应用来自于不仅理解而且设计量子水平上的相干性和相关性的能力。在过去的几年里，在将这些想法应用于生物系统方面取得了相当大的进展。已经证明的能力包括提高灵敏度和分辨率，对成像伪影和技术噪声的免疫力，以及在单光子水平上对光的生物反应的表征。新的量子测量技术提供了更大的希望，提高了改进多光子显微镜和磁成像的前景，以及许多其他可能的应用。实现这一潜力将需要生物学和量子物理学研究人员的跨学科投入。在这篇评论中，我们试图沟通的量子精密测量的发展方式，是生物学家和bioprophicists访问，同时提供足够的细节，让感兴趣的读者获得坚实的理解该领域。我们进一步寻求引入量子物理学家在生物科学中的光学测量的一些核心挑战。
2015-10-02 quant-ph
Coherent Population Trapping with a controlled dissipation: applications in optical metrology
我们分析了脉冲相干布居捕获协议的属性，该协议使用受控的衰减从激发态的$Λ$水平计划。我们研究这个问题的分析和数值，并找到制度，窄的传输，吸收，或荧光谱线发生。然后，我们寻找最佳的频率测量使用这些频谱特征计算的Allan偏差存在的基态退相干，并表明，该协议是与拉姆齐-CPT。我们讨论了碱金属原子和单离子的合奏可能的实现，并证明了典型的脉冲CPT实验，实现飞秒时间尺度上可以实现微秒的时间尺度上使用该方案。
2017-12-12 physics.optics quant-ph
