Input-output relations for multiport ring cavities
通过将普通$n$端口环形腔建模为$n$互连分束器的级联,得到了该环形腔的量子输入输出关系。研究了腔对入射光束的响应与分束器反射率和腔内相移的关系。干涉灵敏度和稳定性作为端口数的函数进行了分析。
2007-01-12 quant-ph
Programmable Hong--Ou--Mandel interference in a giant-atom beam splitter
Center for Theoretical Physics & School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University(海南大学理论物理中心与物理光电工程学院);Department of Microtechnology and Nanoscience, Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学微技术与纳米科学系)
本研究提出巨原子分束器作为可编程HOM干涉仪,通过耦合相位调节实现单光子分束与双光子干涉的连续控制,并用于量子参数估计,为量子信息处理提供新平台。
2026-09-18 quant-ph
The quantum beam splitter with many partially indistinguishable photons: multiphotonic interference and asymptotic classical correspondence
本文对量子双端口干涉仪中多个部分不可分辨光子的渐近行为进行分析,发现输出分布由围绕特定$j^*$的$O(\sqrt{n})$个通道主导,并呈现半经典双峰包络,对应经典强度分布。
2023-12-28 quant-ph
Quantum Beam Splitter as a Deterministic Entanglement Source: Exact Photon-Number Statistics, Hong-Ou-Mandel Interference, and von Neumann Entropy Scaling from Balanced Inputs
Ayatollah Boroujerdi University(阿亚图拉·布鲁杰迪大学)
针对含时随机磁场下具有DM相互作用的量子比特系统,通过随机Lindblad主方程模拟和比例积分反馈协议动态调整DM强度,将时间平均负性从0.21提升至0.42,并使量子费舍尔信息灵敏度超越经典散粒噪声极限2.5倍。
2026-09-24 quant-ph
Insightful Approach to Quantum Noise Suppression Below the Standard Quantum Limit Using a Single Mirror and Beam Splitter
Chonnam National University(全南国立大学)
通过在光束分裂器未用输入端放置镜面形成驻波,影响相干态的真空波动,从而在BS输出端减少真空噪声,为量子噪声控制提供新方法。
2026-05-01 quant-ph
Fundamental properties of beam-splitters in classical and quantum optics
无损分束器具有一定的(复值)概率幅度,用于将入射光子发送到两个可能的方向之一。我们使用经典和量子光学的基本定律,以获得这些概率振幅的幅度和相位之间的一般关系。继续研究一对在数态下的(近)单模波包|n1>和|n2>同时到达分束器的输入端口,我们发现光子数态在输出端口处的分布,使用受费曼对不可区分的玻色粒子的散射分析启发的参数。这样得到的结果与通过湮灭和产生算符α和α †对分束器进行标准量子光学处理的结果一致。费曼方法的一个简单的应用提供了一种形式的理由,玻色增强隐含在众所周知的公式,|n>=sqrt(n)|n-1>和a†| n>=sqrt(n+1)|n+1>。
2023-03-23 physics.optics quant-ph
Observation of bosonic coalescence of photon pairs
量子理论预测,入射到分束器干涉仪上的两个不可分辨的光子在离开设备时粘在一起(这对光子随机地从一个端口或另一个端口出现)。我们使用一种特殊的光子数分辨能量探测器,直接观察这种量子干涉现象的无环孔。同时测量两个这样的检测器,一个在每个分束器输出端口,确认交叉重合的情况下。
2003-06-19 quant-ph
Distinguishing Coherent States from Phase-Mixed Coherent States with Only a Variable Beam Splitter and Single-Photon Detector, In Principle
通常假设,在没有某种形式的基于正交的层析成像的情况下,具有单光子灵敏度的开关探测器不能区分相干态和相位混合相干态。在这里,我们表明,这是理论上可以区分这些国家没有正交为基础的方法,通过比较真空概率的一个输出端口的可变分束器(VBS),有两个不同的相位混合相干态作为其输入的著名的情况下,双相干态输入。作为应用,本文提出了一种利用开关型单光子探测器测量VBS输出粒子数来检验激光场在给定时间内是否处于相干态的方法。不幸的是,目前技术的时间限制禁止这种简单的测试,但该技术可能在未来变得实用。
2016-03-20 quant-ph
Interferometry and higher-dimensional phase measurements using directionally unbiased linear optics
Grover多端口是分束器的更高维度的概括,其中输入到四个端口中的任何一个端口的输入在相同的四个端口中的任何一个端口(包括输入端口)离开的概率相等。在本文中,我们证明了从这样的多端口的干涉仪具有新颖的功能。例如,当与双光子输入和符合测量相结合时,表明这种干涉仪具有超出基于标准分束器的干涉仪的能力,例如在Hong-Ou-Mandel(HOM)和反HOM行为之间容易控制的插值。此外,它表明,格罗弗为基础的模拟马赫-曾德尔干涉仪可以同时进行三个单独的相位测量。通过将两个多端口之间的传输线布置在不同的平面中,同一干涉仪充当更高维的Sagnac干涉仪,允许使用单个设备测量围绕三个不同轴的旋转速率。
2022-09-20 quant-ph
Characterizing electron entanglement in multiterminal mesoscopic conductors
我们表明,在一个分束器的出口端口的电流相关性可以用来检测电子纠缠的一个相当一般的输入状态。这包括电子对可以从同一端口进入分束器或由于反向散射而分离的情况。所提出的方案允许区分占用数和自由度纠缠。
2008-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Increased Secret Key Throughput in Twin Field Quantum Key Distribution using 4x4 Beam Splitter Detection Network
针对TFQKD相位切片后选择概率受限的问题,提出在Charlie端采用4x4分束器网络与四探测器方案,理论建模和StrawberryFields仿真表明其提升了密钥吞吐量。
2024-09-05 physics.optics quant-ph
Quantum noise in optical interferometers
研究了用于引力波探测的光干涉仪中的光子计数噪声。为了减少量子噪声,压缩真空被注入通常未使用的输入端口。本文研究了在什么条件下可以放大引力波信号而不增加计数噪声。这种可能性被认为是分束器两个输出端口纠缠的结果。我们发现,在合理的压缩参数下,不增加噪声的放大是不可能的。计算了不同分束角和压缩参数下的光子分布。
2010-06-24 gr-qc quant-ph
Single-photon description of the lossless optical Y coupler
本文利用对称性推导出三端口光学Y耦合器的幺正散射矩阵,揭示其兼具馈前器件与无方向偏置散射器的混合特性,并设计了Grover四端口和可调法布里-珀罗干涉仪等新型光学系统。
2024-08-27 quant-ph
A strongly interacting photonic quantum walk using single atom beam splitters
本文提出基于单原子分束器网络的强相互作用光子量子行走,通过双光子输出统计展示可调玻色子/费米子统计及双光子束缚态分选能力,为探索光的强关联多体态提供新平台。
2023-04-14 quant-ph
The origin of indistinguishability of quantum features in an interferometric system
最基本的量子特性之一是分束器上的双光子强度相关性,导致光子聚束到任一输出端口。根据量子力学的传统理解,光子在分束器上聚束的根源在于,即使没有对成对光子相位信息的明确定义,也会导致光子之间的不可分辨特性,从而导致破坏性的量子干涉。在这里,一个完全不同的方法,提出了相同的量子功能,其中一个强大的相互相位依赖性是光子聚束的非经典功能的基本要求。这种确定的相位关系现在被理解为这种量子特征的起源,该量子特征是由光子-BS系统的相位基叠加产生的,从而导致光子的不可区分性。以单输入端口BS系统的相干模型为代表,对马赫-曾德干涉仪的扩展方案进行了额外分析,以验证量子特征中禁戒相基叠加的有效性。
2021-10-27 quant-ph
Quantum-optical catalysis: generating "Schroedinger kittens" by means of linear optics
我们报道了相干叠加态的制备和表征,|0> + alpha| 1>通过分束器上的条件测量来测量电磁场。如果相干态和单光子Fock态同时存在,|1>存在于两个输入端口中,并且在另一个分束器输出中记录单个光子。因此,单光子扮演了“催化剂”的角色:它明确地存在于相互作用的输入和输出通道中,但有助于产生非经典光态。
2002-03-01 quant-ph
Phase estimation by photon counting measurements in the output of a linear Mach Zehnder (MZI) interferometer
利用相位估计理论,分析了线性马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中光子计数测量获得经典相位参数的方法。对四种情况作了详细的分析:a)相干态插入干涉仪。b)Fock数状态插入干涉仪的一个输入端口,真空插入另一个输入端口。c)相干态插入干涉仪的一个输入端口,而压缩真空态插入另一个输入端口。d)通过将NOON状态插入到干涉仪中的非线性系统并且通过使用光子计数进行奇偶性测量来交换MZI的第一分束器(BS 1)。讨论了光子计数法在上述特殊情况和一般情况下获得最小相位不确定度的性质。
2012-05-22 quant-ph
Quantum interferometry with three-dimensional geometry
相对于经典方法,量子干涉测量使用量子资源来改进相位估计。本文提出并理论研究了一种基于三维波导器件的量子干涉方案。这些可以通过飞秒激光波导写入来实现,最近被用于量子应用。特别是,多臂干涉仪包括“tritter”和“quarter”作为基本元件,分别对应于分束器到3端口和4端口分束器的概括。通过在这种干涉仪的输入端口中注入Fock态,可以预期具有非经典振子特征的条纹图案。这使得能够在相位估计中优于用经典场获得的量子费舍尔信息。我们还讨论了实现多个光学相位的同时估计的可能性。这种方法有望为在集成光子学中进行的量子增强传感和计量开辟新的前景。
2013-01-08 physics.optics quant-ph
Data Transmission over a Bosonic Arbitrarily Varying Quantum Channel
本文研究受半经典攻击的有损玻色任意变化信道,建立显式容量公式,并将其与新近猜想的量子熵功率不等式联系起来。
2025-07-24 quant-ph
Reduction of quantum noise in optical interferometers using squeezed light
研究了用于引力波探测的光干涉仪中的光子计数噪声。为了减少量子噪声,压缩真空态被注入到通常未使用的输入端口。在这里,我们专门研究所谓的“暗端口情况”,当分束器与入射激光束成90°时,几乎所有的光子都进入干涉仪的一个输出端口,只有一小部分光子在另一个端口(“暗端口”)被看到。对于这种情况,已经提出信号放大是可能的,而没有同时的噪声放大[R.Barak和Y.Ben-Aryeh,J.Opt.Soc.Am.B25(361)2008]。我们表明,通过注入压缩真空状态到第二个输入端口,计数噪声降低了压缩因子的大值,但信号没有被放大。信号强度仅取决于激光束的强度。
2010-10-25 gr-qc quant-ph
Interplay between nonclassicality and $\mathcal{PT}$ symmetry in an effective two level system with open system effects
在适当的条件下,将处于$Λ$组态的三能级原子约化为一个有效的二能级系统,并研究了它的$\mathcal{PT}$对称性.当受到分束器类型的相互作用时,这种有效的量子比特系统提供了直接(间接)探测输出(输入)状态的非经典性质的范围。在这里,我们研究了输出态的非经典性质,通过使用一些众所周知的措施,如测量引起的扰动,并发和负的非经典相关。发现非经典特征在$\mathcal{PT}$对称(PTS)相中比在$\mathcal{PT}$对称破缺(PTSB)相中增强。此外,分束器的输出端口经受不同的量子噪声信道,都是非马尔可夫信道,例如,随机电报噪声以及马尔可夫,例如,相位阻尼和振幅阻尼噪声。噪声通道的应用被发现降低了非经典性的程度,但在PTS和PTSB阶段继续表现出不同的行为,在前一种情况下出现的主导行为。
2019-04-25 quant-ph
Nonlinear phase estimation enhanced by an actively correlated Mach-Zehnder interferometer
在马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中引入非线性相移,提出了一种提高相位灵敏度的方案。在我们的方案中,标准MZI的一个输入端口注入相干态,另一个输入端口注入双模压缩真空态的一个模。采用主动相关输出读出的方法检测MZI的最终干涉输出。基于最佳分束比的相位灵敏度可以超过标准量子极限,接近量子克拉美-罗界。讨论了光子损失对相位灵敏度的影响。由于Kerr介质的非线性相移和极化率$χ^{(3)}$之间的关系,我们的方案也可以提供对$χ^{(3)}$单位的一些估计。
2020-09-17 quant-ph
The eight-port homodyne detector: the effect of imperfections on quantum random number generation and on detection of quadratures
八端口零差检测器是一种光学电路,设计用于执行光场(信号)的两个正交的监测。利用量子玻色场和量子随机微积分,我们给出了该器件在连续时间内作为正交探测器时的完整量子描述。我们可以处理光路中的行波,也可以处理检测部分中涉及的可观测量:两对光电二极管,输出电流的后处理。分析包括缺陷,如不完全平衡的分束器,检测器的效率,电子噪声,相位和强度的激光器作为本地振荡器的噪声,这最后的噪声建模使用场相干态的混合物作为统计算子的激光器组件。由于监测是连续时间的,输出是一个随机过程,并得到其全概率分布。当输出过程在离散时间采样时,量子描述可以简化为离散模式算子,但代价是具有随机算子,其还包含本振的噪声。因此,本地振荡器噪声相对于诸如电子部件中的噪声的加性噪声对检测结果具有非常不同的影响。作为应用,考虑了基于本机振荡器散粒噪声散粒噪声的安全随机数产生问题。可以生成的随机比特的速率由最小熵量化;经典和量子边信息的可能性由合适的条件最小熵考虑。最终的比率取决于设备的哪些部分被认为是安全的,以及哪些部分被认为暴露于入侵者的干预。在一些实验现实的情况下,计算熵损失。
2022-08-04 quant-ph
Strain sensitivity enhancement in a Grover-Michelson interferometer
Boston University(波士顿大学);Stonehill College(斯通希爾學院);University of California San Diego(加州大學聖地亞哥分校)
本文提出通过使用Grover硬币替代传统分束器,提升Grover-迈克尔逊干涉仪的应变灵敏度,并通过光回收装置进一步增强性能。
2025-12-09 physics.optics quant-ph
Quantum-enhanced joint estimation of phase and phase diffusion
针对有噪量子计量中未知相位扩散噪声下的相位估计难题,研究利用广义Holland-Burnett态开展相位与相位扩散联合估计,发现特定平衡分束器制备态灵敏度最高且中等光子损耗下仍保持良好性能。
2024-03-07 quant-ph
Postselected amplification applied to Mach-Zehnder-interferometer for phase shift measurement of optical coherent states
提出一种基于后选择放大的马赫-曾德尔干涉仪方案,用于光学相干态相移测量,在AAV极限下与弱值放大一致,超出极限时性能不同,并通过正交测量提取放大相移及分析误差影响。
2024-11-25 quant-ph
Non-Gaussian operations on bosonic modes of light: Photon-added Gaussian channels
我们提出了一个研究连续变量系统的玻色子非高斯信道的框架。我们的重点是一类通道,我们称之为光子加高斯通道,这是实验可行的与当前的量子光学技术。考虑这些通道的一个强烈动机是,对于连续变量量子信息处理中的许多任务,例如从高斯态的纠缠蒸馏和通用量子计算,必须超越高斯域。我们考虑的单模光子附加信道是通过使用双模分束器和压缩算子与光子附加施加到辅助端口产生的非高斯信道的家庭。对于每一个这样的通道,我们得出其运营商和表示,在本上下文中不可或缺的。我们观察到,这些通道是Fock保持(相干非生成)。然后,我们报告了两个例子的激活使用我们的方案的光子添加,量子光学非经典性在输出的通道,否则只输出经典状态和量子和私人通信能力,暗示在深远的应用量子光通信。此外,我们看到,有噪声的高斯信道可以表示为这些非高斯信道的凸混合。我们还提出了这些通道的其他物理和信息理论性质。
2017-06-05 physics.optics quant-ph