Resonant weak-value enhancement for solid-state quantum metrology
采用弱值的量子精密测量可以潜在地实现具有超高灵敏度的参数估计，并且通常已经在量子光学设置中进行了探索。认识到在固态敏感参数估计的重要性，我们提出了一个自旋电子器件平台来实现这一点。该设置估计一个非常弱的本地化塞曼分裂利用共振隧穿增强磁阻读出。我们建立，这种模式提供了近最佳的性能与量子费舍尔信息增强约$10^4$倍的单高transmittance障碍。所获得的信号还在固态中通常遇到的失相效应的存在下提供高灵敏度。这些结果提出了明确的可能性，利用固有的灵敏度的共振隧穿的固态量子精密测量与潜在的应用，特别是在灵敏检测小感应塞曼效应的量子材料异质结构。
2022-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum metrology with a transmon qutrit
利用相干和纠缠作为量子资源，可以将测量精度从散粒噪声极限或量子极限提高到海森堡极限。然后，量子精密测量依赖于量子工程系统的可用性，所述量子工程系统涉及对所测量的量敏感的可控量子自由度。在量子比特模式下工作并在相敏测量中利用其相干性的传感器已被证明在精度上接近海森堡标度。在这里，我们表明，这个结果可以通过在qudit模式下操作量子传感器来进一步改善，即，通过利用$d$而不是2个级别。具体来说，我们描述了使用超导transmon设备作为磁强计在quutrit模式下操作的mathematical算法。该算法是基于基-3半量子傅立叶变换，并提高了传感器的量子理论性能的一个因素2。甚至，我们的qutri实现的实际增益被发现在量子傅里叶变换的迭代步骤的数量减少了一个因子$\log 2/\log 3 \approx 0.63$相比，量子位模式。我们表明，一个双音电容耦合射频信号是足够的算法的实施。
2018-03-02 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
Protected state enhanced quantum metrology with interacting two-level ensembles
Ramsey干涉测量法通常用于量子精密测量中，用于光学时钟频率的最灵敏测量。电磁真空的自发衰减最终限制了询问时间，从而设定了最佳频率灵敏度的下限。在二能级系统的密集系综中，集体效应的存在，如超辐射和偶极-偶极相互作用，往往会进一步降低灵敏度。我们表明，通过重新设计的拉姆齐脉冲序列，包括不同的旋转的个人自旋，有效地折叠集体状态到一个国家接近中心的布洛赫球，部分保护集体退相干和退相是可能的。这使得显着改善的灵敏度限制的时钟跃迁检测方案在传统的拉姆齐方法的相互作用系统，甚至非相互作用的衰变原子。
2013-07-09 quant-ph
Learning feedback control strategies for quantum metrology
我们考虑了在压缩哈密顿量下演化的单玻色场的频率估计问题，并通过零差检测进行连续监测。特别是，我们利用强化学习技术来设计反馈控制策略，以提高估计精度。我们表明，由神经网络确定的反馈控制大大超过在长时间限制的性能的“无控制”的战略和标准的“开环控制”的战略，我们认为是基准。我们确实观察到设计的策略是如何能够通过准备对应于更敏感的量子条件态的大部分轨迹来优化非平凡的估计问题。
2022-04-18 quant-ph
Quantum Imaging and Metrology with Undetected squeezed Photons: Noise Canceling and Noise Based Imaging
提出配备零差检测和 OPO 的未探测压缩光子量子成像方案，建立超越低增益近似的理论，并通过噪声编码信息实现高信噪比、抑噪的非破坏性成像与相位测量。
2025-06-09 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
Quantum metrology algorithms for dark matter searches with clocks
诸如动态解耦的量子算法可以用于提高量子传感器对信号的灵敏度，同时抑制对噪声的灵敏度。原子钟是最敏感的量子传感器之一，最近时钟技术的改进使其具有前所未有的精度和准确度。这些时钟对基本常数的变化非常敏感，使它们成为局部超轻标量暗物质的理想探针。基于钍229m异构体的核钟有望进一步提高灵敏度。我们调查使用各种量子精密测量算法在寻找暗物质使用量子时钟。我们提出了一种新的宽带动态解耦算法，并将其与以前提出和证明的量子精密测量协议，即差分光谱和窄带动态解耦进行比较。我们进行数值模拟的标量暗物质搜索与现实的噪声源和会计暗物质退相干。最后，我们讨论了一种替代的钍核跃迁激发方法，绕过了与真空紫外激光器相关的技术挑战。
2023-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Towards a first observation of magneto-electric directional anisotropy and linear birefringence in gases
在PSAS'2010的这篇文章中，我们报告了一个旨在通过频率测量在高精细度环形腔中测量小的光学方向各向异性的实验的最新进展。我们专注于我们的第一个实验目标，在气体中的磁电效应的测量。在我们的设置中的预期效果的审查后，我们提出的设备和测量程序，表明我们已经有必要的灵敏度开始新的实验。
2011-01-06 physics.optics quant-ph
Robust phase metrology with hybrid quantum interferometers against particle losses
提出自旋-振子混合量子干涉仪，通过解纠缠操作将参数信息转移至自旋自由度，实现对粒子损失鲁棒的高精度相位测量，超越标准量子极限。
2023-03-12 quant-ph
High-precision metrology of highly charged ions via relativistic resonance fluorescence
通过求解多能级模型中的含时主方程，在相对论条件下研究了激光驱动高电荷态离子的共振荧光。我们的从头算方法的基础上的狄拉克方程允许调查高度相对论离子，因此，提供了一个敏感的手段来测试相关的相对论动力学，束缚态量子电动力学现象和核效应，通过应用相干光与x射线频率。通过测量干涉缩窄的荧光光谱，可以以前所未有的精度确定原子的偶极矩或多极矩。
2010-11-29 physics.atom-ph quant-ph
Uncertain Quantum Critical Metrology: From Single to Multi Parameter Sensing
针对控制参数不确定性影响临界量子计量精度却被忽视的问题，提出单多参数估计的通用分析框架，通过两类模型验证发现有限系统中鲁棒性与量子优势存在权衡，为临界量子计量的实用化提供思路。
2025-06-11 quant-ph
Estimation of gradients in quantum metrology
我们发展了一个在量子精密测量中估计磁场梯度的一般理论。我们考虑一个$N$粒子系统分布在一条线上，其内部自由度与磁场相互作用。通常，梯度估计基于在两个不同位置处对磁场的精确测量，用两个独立的粒子组执行。然而，这种方法对确定粒子能级分裂的偏移场的波动敏感，并导致集体退相。在这项工作中，我们使用的量子精密测量的框架来评估梯度估计的最大精度。对于任意位置的粒子，我们确定最佳的纠缠和可分离的状态，允许梯度的估计具有最大的精度，量化的量子费舍尔信息。我们还分析了从消相干自由子空间（DFS），这是不敏感的磁偏移场的波动状态的性能。我们发现，这些国家允许直接测量梯度，而无需估计的磁偏移场的必要性。此外，我们还证明了DFS态的梯度估计精度可以与最优纠缠态相媲美。最后，对于上述几类状态，我们发现简单可行的测量饱和量子克拉美-拉奥界限。
2017-10-26 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
Open-System Probe Selection and Optimal Measurements for Dispersive Coupling Metrology
Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）
本研究探讨开放系统中色散耦合计量，发现探针选择、环境记忆及测量方式共同影响灵敏度，并找到接近量子极限的固定可观测量。
2026-10-07 quant-ph
Achieving the Heisenberg limit of metrology via measurement on an ancillary qubit
该研究提出一种通过辅助量子比特测量实现海森堡极限标度的量子计量协议，利用平行演化路径将自旋系综制备为叠加态，并证明热态也能达到二次标度，无需GHZ态或非线性哈密顿量。
2025-09-11 quant-ph
Optimization of epitaxial graphene growth for quantum metrology
(See在这篇论文中，详细研究了通过所谓的聚合物辅助升华生长方法生长外延石墨烯的工艺条件。原子力显微镜（AFM）是用来表明，以前被忽视的氩气工艺气体的流量有一个显着的影响SiC衬底和顶部的碳层的形态。结果可以很好地解释使用一个简单的模型的热力学条件在邻近表面的层。在亚纳米尺度上的阶梯聚束的所得控制选项用于产生超平坦的单层石墨烯层，而没有表现出电阻各向异性消失的双层夹杂物。四点和扫描隧道电位测量的比较表明，剩余的小的各向异性代表的极限，这是唯一的SiC平台步骤的剩余电阻。...使用Ar流对阶梯聚束的精确控制还使得能够在石墨烯层下制备周期性不相同的SiC表面。基于开尔文探针力显微镜和X射线光电子显微镜的功函数测量，它是第一次显示，有一个掺杂的石墨烯的变化，诱导不同的近表面SiC堆栈的邻近效应。的AFM和低能电子显微镜测量的比较，使SiC堆栈的准确分配，和考试已经导致了一个更好的理解的框架中的一个步骤流模式的表面重组。...
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Attosecond metrology of bright quantum light
ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；Atominstitut, Technische Universität Wien（原子研究所，维也纳工业大学）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）；Attosecond Quantum Physics Laboratory, Department of Physics, King’s College London（伦敦国王学院物理系阿托秒量子物理实验室）
研究阿秒计量学中量子场涨落对测量的影响，通过全量子光学阿秒条纹方案，能测量低于散粒噪声极限的量子压缩，克服明亮量子光层析成像测量问题，为场涨落量子光学计量学提供阿秒时间分辨率方法。
2026-07-08 physics.optics quant-ph
Squeezed superradiance enables robust entanglement-enhanced metrology even with highly imperfect readout
针对纠缠量子计量受读出噪声和耗散限制的问题，提出一种结合放大与压缩涨落的耗散协议，可在显著读出噪声下超越 SQL，并仅需大集体协同性即可抵抗单自旋耗散。
2023-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring protein concentration with entangled photons
光学干涉测量是精密测量中最敏感的技术之一。通过增加光强度，通常可以进行更精确的测量。然而，在某些应用中，样品是光敏的。通过使用光的纠缠态，可以在样品较少曝光的情况下实现相同的精度。这个概念已经在固定的已知光学部件的测量中得到证明。在这里，我们使用双光子纠缠态来测量血液蛋白牛血清白蛋白（BSA）在水缓冲溶液中的浓度。我们使用一个光流体装置，耦合波导干涉仪与微流体通道。这些结果为量子精密测量在光敏样品中的实际应用指明了方向。
2011-09-14 quant-ph
On the Optimal Choice of Spin-Squeezed States for Detecting and Characterizing a Quantum Process
量子精密测量使用没有经典对应物的量子态来以非凡的灵敏度或精度测量物理量。大多数计量方案通过用专门设计的量子态探测动态过程来测量动态过程的单个参数。这种方案的成功通常依赖于属于特定单参数族的过程。如果违反了这个假设，或者如果目标是测量一个以上的参数，则不同的量子态可能表现得更好。在最极端的情况下，我们对这个过程一无所知，希望了解一切。这需要量子过程层析成像，这需要一组信息完整的探测状态。如果这个集合是群协变的，那就非常方便了，即，每个元素是通过将量子系统的自然对称群的元素应用于单个固定基准状态而生成的。在本文中，我们考虑计量与双光子（“双光子”）的状态，并报告不同的状态的灵敏度小，未知的集体SU（2）旋转（“SU（2）抖动”）的实验研究。最大纠缠N 00 N态是这种旋转的最灵敏的检测器，但它们也是完全表征先验未知过程的最差检测器之一。我们确定（并确认实验）的最佳SU（2）-协变集的过程层析成像，这些国家都是纠缠比N 00 N状态，其特点是，他们形成一个2-设计的事实。
2014-05-21 quant-ph
Nuclear Spin Metrology with Nitrogen Vacancy Center in Diamond for Axion Dark Matter Detection
提出利用金刚石氮空位中心的核自旋进行量子传感以直接探测轴子暗物质，该方法凭借核自旋的长相干时间对$\lesssim 100\,\mathrm{Hz}$宽频范围敏感，并给出了轴子-中子与轴子-质子耦合的探测极限。
2025-04-29 cond-mat.mes-hall hep-ex hep-ph
Quantum metrology of low frequency electromagnetic modes with frequency upconverters
本文提出RQU，通过约瑟夫森干涉仪将直流至VHF电磁模式参量耦合到微波C波段，实现量子极限放大、非经典测量协议及46.9 dB相敏上变频增益。
2025-03-09 physics.ins-det quant-ph
Review: Quantum Metrology and Sensing with Many-Body Systems
本文综述多体系统在量子计量与传感中的应用，梳理平衡与非平衡临界性作为量子增强灵敏度资源的机制及最新进展。
2025-06-07 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.app-ph
Photonic polarization gears for ultra-sensitive angular measurements
量子精密测量在提高测量精度方面具有很大的潜力，但在不久的将来不太可能成为实用。然而，它的概念可以激发具有直接价值的经典或混合方法。在这里，我们展示了m个角动量量子的NOON类光子态，m=100，在一个充当“光子齿轮”的装置中，对于每个光子，将角度θ的机械旋转转换为mθ的光学偏振的放大旋转，对应于“超分辨”Malus定律。我们表明，这种效应导致单光子角测量具有相同的精度的偏振只有量子策略与m光子，但强大的光子损失。此外，我们结合齿轮效应与量子增强由于纠缠，从而利用这两种方法的优点。高“齿轮比”m将光学非接触式角度测量的当前技术水平提高了近两个数量级。
2013-09-26 physics.optics quant-ph
