Josephson Array Mode Parametric Amplifier
介绍了一种新型的具有大带宽和高动态范围的近量子限放大器-约瑟夫森阵列模式参量放大器（JAMPA）。在放大过程中涉及的信号和空闲模式实现的1000通量可调，约瑟夫森结为基础的，非线性元件链的阵列模式。阵列模式之间的频率间隔与模式的通量可调谐性相当，确保任何期望的频率可以被谐振模式占据，谐振模式可以进一步被泵浦以产生高增益。实验表明，该器件在（4-12）GHz频段内的任何频率下都能获得20 dB的增益，是一个接近量子极限的参量放大器。平均而言，它的3 dB带宽为11 MHz，输入1 dB压缩功率为-108 dBm，最高可达-93 dBm。我们设想这样的设备的应用程序的时间和频率多路复用读出的多个量子位，以及产生连续变量的集群状态。
2020-02-16 quant-ph
Multi-mode theory of pulsed twin beams generation using a high gain fiber optical parametric amplifier
利用多频模式下的Bogoliubov变换描述非简并信号光和闲频光孪生光束的演化过程，从理论上研究了脉冲泵浦高增益光纤参量放大器（FOPA）的量子噪声特性。结果表明，FOPA的噪声系数一般大于3 dB量子极限，除非联合谱函数是可因式分解的，且输入信号的谱与信号频带内的增益谱匹配良好。然而，强度差噪声的双光束，这弱依赖于联合光谱函数，可以显着小于散粒噪声限制时，泵浦和输入信号的时间模式是适当匹配的。此外，为了更接近实际的实验条件，通过考虑各种实验缺陷，数值研究了宽带FOPA产生的孪生光束的量子噪声。本文的研究不仅有助于研制紧凑型双光束光纤光源，而且有助于理解光纤通信系统中脉冲泵浦FOPA的量子噪声极限。
2013-04-28 physics.optics quant-ph
Single-LED-pumped, room-temperature, solid-state maser
Imperial College London（帝国理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
该研究通过单LED泵浦实现室温下固态微波放大器的微型化，提升了协同性并展示了改进光学设计的潜力。
2026-01-07 quant-ph
Noise reduction in 3D noncollinear parametric amplifier
我们解析地找到了一个近似的布洛赫-弥赛亚约化的非共线参量放大器与聚焦单色光束泵浦。我们考虑I型相位匹配。使用微扰膨胀和缩放到一个高增益制度的结果。它们允许信号增益的直接最大化和参数荧光噪声的最小化。我们发现的基本模式的放大器，这是一个椭圆高斯定义的最佳种子光束的形状。我们得出结论，该放大器的输出应被剥离的高阶模式，这是近似厄米高斯光束。或者，可以调节泵浦腰，使得在高阶模中产生的噪声量最小化。
2010-03-31 physics.optics quant-ph
Transient dynamics of linear quantum amplifiers
研究了量子线性放大器从阻尼态到放大态的瞬态动力学。求解场的量子化模式的主方程，并使用解来描述输出场的统计。分析了非经典输入场在放大器输出端保持非经典特性的条件，并与以前的理论结果进行了比较。作为应用，我们给出了系统偏离热平衡的动力学描述。
2006-01-13 quant-ph
Phase-sensitive Manipulations of Squeezed Vacuum Field in an Optical Parametric Amplifier inside an Optical Cavity
压缩真空场作为信号光注入光学谐振腔内的相敏光参量放大器（OPA），可以实现光场的放大或去放大。对于OPA，反射的量子化信号光场的光谱特性由注入的压缩真空光场与泵浦光场之间的相对相位控制。实验结果证明了OPA在量子机制下的相干现象，并显示了用于量子信息处理的量子涨落的相敏操纵。
2008-11-02 quant-ph
High-efficiency measurement of an artificial atom embedded in a parametric amplifier
超导电路测量效率的一个关键限制来自耦合到外部量子放大器时所涉及的损耗。在这里，我们实现了一个设备，绕过这个问题，直接嵌入一个二能级人工原子，由transmon量子比特，在磁通泵约瑟夫森参量放大器。令人惊讶的是，这种配置能够增强色散测量，而不会使量子位暴露于明显的过量反作用。这是通过设计电路来实现的，以允许高功率操作，从而减少与量子噪声的放大和压缩相关的未监控信道的信息损失。通过减轻下游片外损耗的影响，该器件的片内增益可实现高达80%的端到端测量效率。我们的理论模型准确地描述了所观察到的增益和测量反作用的相互作用，并划定了未来改进的参数空间。该器件与标准的制造和测量技术兼容，从而为基本量子效应和量子控制协议的确定性研究提供了途径。
2018-06-13 quant-ph
Microwave Quantum Radar using a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier
低反射率物体的检测可以通过所谓的量子照明程序来改进。然而，量子检测概率随源带宽呈指数衰减。约瑟夫森参量放大器（JPA）技术用作源，产生一对纠缠信号，称为双模压缩真空态，显示出非常窄的带宽限制了微波量子雷达（MQR）的操作。本文首次提出了一种基于量子照明协议和约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）的微波量子雷达系统。在12 GHz泵浦的JTWPA的测量结果显示，在X波段的超宽带宽等于10 GHz，使我们的MQR隐形物体的检测有希望的候选人。
2021-11-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum optics of a Bose-Einstein condensate coupled to a quantized light field
研究了在强远共振泵浦激光作用下，玻色-爱因斯坦凝聚体与单模量子化光场的相互作用。动力学的特点是指数不稳定性，因此系统作为一个原子光子参量放大器。由一个小的注入探测场，或简单地由量子噪声触发，纠缠的原子-光子对被创建，表现出非经典的相关性，类似于在光学参量放大器中的光子之间看到的。此外，物质和光场的量子统计强烈依赖于触发放大器的初始状态。因此，通过准备光场的不同初始态，可以产生各种量子态的物质波，证明了对物质波的量子统计的光学控制。
1999-02-23 cond-mat physics.atom-ph quant-ph
Spatially single-mode source of bright squeezed vacuum
强抽运非种子行波光参量放大器（OPA）的输出可以获得光的宏观非经典态--亮压缩真空。通过构造两个相隔很大距离的连续晶体的OPA，我们使压缩真空在空间上是单模的，而不会显著降低亮度或压缩。
2014-02-12 quant-ph
Kerr-free three-wave mixing in superconducting quantum circuits
量子限约瑟夫森参量放大器是电路QED读出链中的关键器件。最先进的参量放大器的动态范围受到信号引起的斯塔克位移的限制，斯塔克位移使放大器从其工作点失谐。使用超导非线性非对称电感元件（SNAIL）作为有源元件，我们展示了原位调谐设备通量和泵浦到修饰的无克尔工作点的能力，与标称工作点相比，该工作点提供了可以由我们的放大器处理的光子数量的10倍增加。我们所提出的无克尔三波混频的方法和实验验证，可以扩展到提高量子超导电路中的其他泵浦操作的动态范围。
2019-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Fast Generation of High-Fidelity Mechanical Non-Gaussian States via Additional Amplifier and Photon Subtraction
提出一种在开放光机械系统中通过附加放大器和多光子扣除快速生成高保真机械非高斯态（薛定谔猫态和Fock态）的协议，有效减少退相干并对实验不完美因素具有鲁棒性。
2023-09-07 quant-ph
A millimeter-wave Bell Test using a ferrite parametric amplifier and a homodyne interferometer
提出了一种铁氧体参量放大器与毫米波零差干涉仪相结合的常温贝尔实验方法。结果表明，钇铁石榴石（YIG）铁氧体由于其窄线宽的拉莫尔旋进共振而具有非线性磁化率，使其成为产生纠缠光子的理想材料。这些可以使用零差干涉仪测量，因为与环境温度发射相关的大量热产生的光子可以被筛选出来。所提出的架构可以使YIG量子技术为基础的传感器被开发，模仿在毫米波段的大量的量子光学实验在近红外和可见光区域已成为可能，通过使用非线性β硼酸钡铁电，YIG的类似物。这里说明了YIG参量放大器如何再现量子光学I型和II型波相互作用，这可用于在毫米波段产生纠缠光子。据估计，当半立方厘米的YIG晶体被放置在几特斯拉的磁场中，并用5瓦的毫米波辐射泵浦时，每秒大约有0.5 × 10^12个纠缠的毫米波光子对通过自旋波相互作用产生。这意味着一个成功的贝尔测试只需要几十秒的集成时间。这一成功的演示将导致基于纠缠的量子技术室温传感器的新架构，重新设想YIG作为一种现代量子材料。
2020-09-18 quant-ph
Ultrashort-pulse-pumped, single-mode type-0 squeezers in lithium niobate nanophotonics
École polytechnique de Montréal（蒙特利尔理工学院）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；The University of Tokyo（东京大学）
该研究提出了一种在锂铌酸纳米光子学中实现超短脉冲泵浦单模类型0压缩器的设计，实现了高压缩水平和高带宽，为超快量子信息处理和传感应用提供了新途径。
2025-12-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
The Trilinear Hamiltonian: A Zero Dimensional Model of Hawking Radiation from a Quantized Source
本文研究了一个具有动态泵浦模式的量子参量放大器，它被看作是蒸发黑洞的霍金辐射的零维模型。导出了真空涨落产生的粒子谱偏离传统参量放大器预测的热谱的条件。我们发现，当泵模式（黑洞）已发出近一半的初始能量到信号（霍金辐射）和闲置（在下落的粒子）模式时，出现显着的偏差。作为黑洞动力学的模型，这一发现支持了晚期霍金辐射包含有关黑洞的量子态的信息，并与黑洞的量子引力自由度纠缠的观点。
2010-04-04 cond-mat.other gr-qc quant-ph
Pulsed-pump phosphorus-doped fiber Raman amplifier around 1260 nm for applications in quantum non-linear optics
我们描述了一个中心波长为1260 nm的纳秒和亚纳秒脉冲的光纤拉曼放大器。放大发生在一个4.5米长的保偏掺磷光纤，泵浦在1080 nm的3 ns长的脉冲，重复频率为200 kHz和高达1.75千瓦的峰值功率。输入种子脉冲是次mW的峰值功率和0.25 ns的最小持续时间，雕刻了一个连续波激光与次MHz的线宽。我们获得了峰值功率高达1.4 kW的线性偏振输出脉冲，对应于峰值功率转换效率超过80%。小信号增益可达90 dB，饱和功率下3 dB的信噪比大于20 dB。没有观察到显着的时间和光谱展宽的输出脉冲高达400 W的峰值功率，并扩大在更高的功率可以减少种子脉冲的相位调制。从而获得峰值功率高达1 kW的近变换极限脉冲。最后，我们演示了可控频率啁啾脉冲，可变宽度脉冲和双脉冲的产生。因此，该放大器适用于窄原子共振的相干控制，特别适用于铷原子到里德伯态的快速相干激发。这些能力为量子非线性光学中的几个重要应用开辟了道路。
2020-07-17 physics.optics quant-ph
Spontaneous generation, enhanced propagation and optical imprinting of quantized vortices and dark solitons in a polariton superfluid: towards the control of quantum turbulence
在共振泵浦极化激元超流体中，我们最近探索了一种新的机制，该机制基于极化激元系统的双稳性，以增强极化激元流体在宏观距离上的传播。这种技术与全光压印方法一起允许产生和控制各种拓扑激发，如量子化涡旋和暗孤子。新实验方案的灵活性和可扩展性为系统研究光驱动耗散量子流体中的量子湍流开辟了道路。在这篇文章中，我们回顾了双稳态增强传播和印迹技术的基本工作原理，我们讨论了主要取得的成果，以及最有前途的未来研究方向。
2021-02-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Topological pumping in the one-dimensional Bose-Hubbard model
利用含时密度矩阵重整化群方法研究了强相互作用系统中的拓扑量子抽运。所考虑的系统描述的哈密顿量的一维扩展玻色-哈伯德模型中存在的相关跳跃，打破晶格反转对称性。该模型已被预测支持拓扑泵浦[E. Berg，M. Levin和E. Altman，Phys. Rev. Lett. 106，110405（2011）]。泵浦电荷是量子化的，具有拓扑性质。我们提供了一个详细的分析的有限尺寸标度行为的泵浦电荷和其偏离量子化值。此外，我们还分析了由于有限的调制频率的非绝热修正。我们考虑两种配置：其中参数的时间依赖性引起循环电流的闭合环，以及其中由于由体引起的泵送机制而将粒子从一个边缘拖到相对边缘的有限的末端开放的链。
2013-02-25 cond-mat.str-el quant-ph
Experimental reconstruction of spatial Schmidt modes for a wide-field SU(1,1) interferometer
本文研究了宽场SU（1，1）干涉仪输出端的空间模含量，即由两个相干泵浦的空间多模光参量放大器组成的非线性干涉仪，两个放大器之间依次放置一个聚焦元件。该器件有望在较宽的角度范围内为多种模式提供低于散粒噪声极限的相位灵敏度。为了重建空间模式及其权重，我们实现了一种简单的方法，基于仅采集强度分布。通过测量不同空间点上光强的协方差，得到了场的本征模分解。我们调查的径向和方位角（轨道角动量）模式，并表明，他们的总数是足够大，使应用程序的干涉仪在空间分辨相位测量。
2019-09-11 quant-ph
Direct temporal mode measurement for the characterization of temporally multiplexed high dimensional quantum entanglement in continuous variables
光场的场正交时间模分析是近年来发展起来的一种新的量子信息科学框架。但是到目前为止，时间模式的确切轮廓是未知的，这使得难以实现模式选择和解复用。在这里，我们报告了一种新的方法，直接测量的时间模式的确切形式。这反过来又使我们能够与模式匹配的本地振荡器进行模式正交零差检测。我们应用该方法的脉冲泵浦，特别是工程光纤参量放大器，并证明时间复用的多维连续变量的量子纠缠在电信波长。时间模式表征技术可以推广到其他脉冲激励系统，以找到它们的本征模式在时域复用。
2020-03-31 quant-ph
Generation of entangled photons via parametric down-conversion in semiconductor lasers and integrated quantum photonic systems
提出并设计了一种高亮度、超紧凑的电泵浦GaAs基激光光源，利用腔内模式匹配参量下转换产生纠缠光子。为了描述高色散和耗散波导中的非线性混合，我们发展了一个非微扰量子理论的波导模式的参数下转换，考虑到模式色散，组和相位失配，传播，耗散和耦合到噪声水库的影响。我们将我们的理论扩展到量子化泵浦场的制度与一个新的方法的基础上的状态矢量的传播方程，解决了非微扰边值问题的参数衰减的量子化单光子泵浦模式，可以推广到包括耗散和噪声的影响。我们的形式主义是适用于各种各样的三波混频传播问题。它为解释实验结果和预测单片量子光子系统的性能提供了方便的解析表达式。
2021-11-21 quant-ph
Catastrophic breakdown of the Caves model for quantum noise in some phase-insensitive linear amplifiers or attenuators based on atomic systems
当考虑相位不敏感线性放大器或衰减器中的量子噪声（QN）时，通常使用单通道Caves模型（SC-CM）。虽然这个模型在简单的情况下是有效的，例如分束器的存在，但当涉及具有许多自由度的系统时，它不一定有效。为了解决这个问题，我们认为在本文中各种原子跃迁对应的放大或衰减使用主方程（ME）为基础的方法来建模的QN和比较的结果与SC-CM。对于一个四能级系统，其中包括一个过渡产生一个广泛的增益峰值和过渡产生的吸收下降，这导致在中心的完美的透明度，我们观察到一个灾难性的SC-CM崩溃。我们还表明，对于一般的二能级原子系统，SC-CM不适用，除了在限制的情况下，当只有放大或衰减存在。两个模型预测相同结果的特殊情况是Λ型三能级电磁感应透明（EIT）系统，其中零失谐的QN在系统处于暗态时消失。我们还研究了一个光泵五能级增益EIT系统，它具有一个完美的透明度下降叠加在一个增益剖面，并产生负色散适用于提高灵敏度带宽产品的干涉引力波探测器。在这种情况下，我们发现，对于某些参数集，QN是在中心的倾角，SC-CM接近ME模型同意消失的小。然而，我们也发现，对于其他一些参数，SC-SM模型强烈不同意ME模型。所有这些情况都说明了SC-CM和ME方法的预测之间的分歧程度的变化范围很广。
2016-03-24 physics.atom-ph quant-ph
Quantized Nonlinear Thouless Pumping
在整数量子霍尔效应中观察到的急剧量子化的输运可以通过一个简单的一维模型来解释，该模型具有时间周期性的、随时间变化的电势，其中电子电荷从系统的一侧泵送到另一侧。这种所谓的“无源泵浦”利用降维的概念捕捉了量子霍尔效应的拓扑物理学：时变势在数学上映射到概念上的第二维中的动量坐标上。重要的是，这假设电子系统处于平衡状态并处于其基态，即具有低于费米能的均匀填充带。在这里，我们从理论上提出和实验证明量子化的非线性无源泵浦光子的频带，是断然不均匀占用。在我们的系统中，非线性通过孤子的形成和自发对称性破缺分岔对非线性输运起作用。量子化是因为在每个泵浦周期之后，以给定晶胞为中心的瞬时孤子解是相同的，直到平移不变性;这是一种完全不同于传统的费米子平衡无扰动泵浦的机制。我们的结果表明，非线性和粒子间相互作用可以诱导量子化的输运和拓扑行为，即使在线性极限没有。
2021-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Quantum-Limited Acoustoelectric Amplification in a Piezoelectric-2DEG Heterostructure
Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀雅特光学科学学院）；Electrical, Computer & Energy Engineering, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机与能源工程学院）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
研究二维电子气异质结中声子放大机制，通过电场诱导电子态反转实现声子自发发射，展示二维电子气对任意大于电子间距的声波频率均能实现高效放大，推导了声学 susceptibility 的实部和虚部，并分析了泵浦耗尽对增益的限制。
2026-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
