Low-Noise Amplification of a Continuous Variable Quantum State
我们提出了一个低噪声,相位不敏感的光放大器的实验实现使用四波混频在热Rb蒸汽的相互作用。对于一系列放大器增益,可以实现接近量子极限的性能,包括接近1。这种低噪声放大器对于所谓的量子克隆机是必不可少的,并且在量子信息协议中很有用。我们证明了在保持纠缠的情况下,放大和“克隆”双模压缩态的一半是可能的。
2009-06-27 quant-ph
Continuous variable entanglement enhancement and manipulation by a sub-threshold type-II optical parametric amplifier
实验证明,非简并光参量放大器(NOPA)产生的模间振幅和相位正交的量子纠缠可以通过另一个NOPA来增强和相位敏感地操纵。当两个NOPA都工作在去放大时,在第二个NOPA的腔共振处的纠缠度增加。当第一个NOPA工作在去放大和第二个在放大,相关方差的光谱特征显着改变。实验结果与理论预期相符。
2010-03-06 quant-ph
Efficient Amplification of Photonic Qubits by Optimal Quantum Cloning
我们证明了偏振量子比特的相位无关量子放大器是预言量子比特放大器的互补放大器[N. Gisin,S. Pironio和N. Sangouard,Phys. Rev. Lett. 105,070501(2010)]。它采用1到2复制机制的多功能克隆器,能够提供由各种概率分布给出的量子位的近似副本,并针对具有轴对称的分布进行优化。所提出的解决方案在量子技术中的直接应用是可能的,使量子信息相干广播的范围加倍。它还优于在体非线性材料中使用受激发射的自然非线性放大器。我们认为放大器是一个重要的工具,放大量子信息发送通过量子信道与相位无关的阻尼。
2014-06-19 quant-ph
Quantum feedback amplification
量子放大对于通信和弱信号检测等各种量子技术至关重要。然而,由于不可避免的设备脆弱性,其实际应用仍然受到限制,这会导致输出信号或状态的失真。本文提出了一个通用的理论,解决了这个关键问题。其关键思想简单且易于实现:仅是放大器辅助模式的无源反馈,而这种模式通常被丢弃。事实上,该方案使得受控放大器具有显著的鲁棒性,并且即使在实际缺陷下也实现了最小噪声放大。因此,所提出的理论使得量子放大能够在实际水平上实现。此外,一个非简并的参数放大器进行了一个特殊的失谐,提出表明,另外,它具有宽带的性质。
2016-05-06 quant-ph
State-dependent linear-optical qubit amplifier
我们提出了一个线性光学系统,用于可调输出量子比特保真度的预言量子比特放大。我们研究了它的成功概率作为输出量子比特保真度的函数,表明以较低的保真度为代价,该设置可以大大增加成功操作的概率。这些结果随后应用于状态相关的量子比特放大的建议。类似于状态依赖的量子克隆,关于输入状态的先验信息允许优化量子比特放大过程以获得更好的保真度与成功概率的权衡。
2013-09-18 quant-ph
Broadband Squeezed Microwaves and Amplification with a Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifier
电磁真空的压缩是一种基本的量子力学技术,用于减少量子噪声的应用跨越引力波探测,生物显微镜,和量子信息科学。在超导电路中,通常用于产生压缩微波的基于谐振器的约瑟夫森结参量放大器受到窄带宽和低动态范围的限制。在这项工作中,我们开发了一个双泵,宽带约瑟夫森行波参量放大器,相敏消光比为56 dB的单模压缩等同于最好的谐振器为基础的挤压。我们还展示了双模压缩在微波频率与带宽在千兆赫范围内,几乎是两个数量级宽于当代谐振器为基础的挤压。我们的放大器能够同时产生具有大频率间隔的纠缠微波光子对,具有潜在的应用,包括高保真量子比特读出,量子照明和隐形传态。
2023-02-15 quant-ph
Heralded photon amplification for quantum communication
基于单光子源和线性光学的预示无噪声放大非常适合基于离散变量的长距离量子通信任务。我们实验证明这样的放大器,在电信波长工作。对于具有最大预期增益G=2的状态,以增益G=1.98+/-0.2执行相干放大。我们还证明了在初始信号状态和放大器所使用的本地辅助光子之间不需要稳定的相位参考。这些结果突出了量子放大器在长距离量子通信中的潜力,并使设备无关的量子密钥分发更近了一步。
2012-03-16 quant-ph
Amplification of NOON States
我们研究了非高斯态如NOON态在相位不敏感放大下的行为。我们导出了放大器增益为任意值时NOON态的密度矩阵的解析结果。我们考虑NOON态的两种模式的对称和反对称放大的情况。利用对数负性参数定量计算了放大器对纠缠的影响。我们发现,NOON状态是更强大的比他们的高斯同行。
2009-12-28 quant-ph
Quantum Noise Limited Nonlinear Phase-Preserving Amplification of a Bosonic Mode
Leiden University(莱顿大学)
本文肯定地回答了量子力学允许非线性保相放大,刻画了玻色噪声限制非线性保相放大器类别,并指出其用于Yurke-Stoler猫态和Kerr小猫态的最优放大。
2026-09-18 quant-ph
Experimental Implementation of a Quantum Optical State Comparison Amplifier
量子光放大,击败了确定性放大器的噪声添加限制,已经实现了实验使用几种不同的非确定性协议。这些方案要么需要单光子源,要么通过噪声相加和光子相减来操作。在这里,我们提出了一个实验演示的协议,允许非确定性放大已知的一组相干态具有高增益和高保真度。该实验系统采用了两种成熟的量子光学技术:状态比较和光子减法,不依赖于复杂的量子资源,如单光子源。使用相干态而不是单个光子允许增加的放大率和较不复杂的光子源。此外,这意味着放大不限于低振幅状态。相对于两个关键参数,保真度和放大状态的生产率,我们证明,不使用量子资源,显着改善了以前的实验实现。
2014-04-16 quant-ph
Demonstration of reversible phase-insensitive optical amplifier
我们实验证明,相位不敏感的线性光放大,保留在输出的闲置。由于我们的放大操作是单一的小过量噪声,它是可逆的超过经典的限制。两个输出模之间的纠缠是这种可逆性的来源。放大增益为2.0。此外,结合这种放大器与分束器,我们还演示了近似克隆的相干态的反克隆存在。我们通过从输出关联重构初始态的方法研究了其可逆性,得到的结果稍微超出了克隆极限。此外,通过使用具有几个不同平均值的相干态作为输入,给出了放大器和克隆器的完整表征。我们的放大器是基于线性光学,离线准备的非经典ancillas,和零差测量,然后前馈。压缩态被用作辅助,非线性光学效应仅用于它们的产生。在放大操作中引入非经典性,使输出端纠缠。
2011-01-06 quant-ph
Experimental noiseless quantum amplification of coherent states of light by two-photon addition and subtraction
本文实验实现了基于双光子加减法的无噪声量子放大器,通过量子态层析验证其增益与噪声特性,为提升放大性能提供了高效可行的替代方案。
2024-12-17 quant-ph
Noiseless amplification of weak coherent fields without external energy
根据量子光学的基本定律,当人们试图克隆或放大一个量子态时,噪声必然会被添加到系统中。然而,最近已经表明,当放松确定性操作的要求时,可以避免与线性相位不敏感放大器的操作相关的量子噪声。因此,非确定性无噪声线性放大器是可实现的。通常,非确定性放大器依赖于使用单光子源。相反,我们最近提出了一种放大方案,其中没有外部能量被添加到信号中,但是放大信号所需的能量来自于场本身的随机波动。应用我们的放大方案,我们检查放大器的增益和成功率,以及成功和失败的放大过程后的输出状态的属性。我们还优化了设置,以找到最大的成功率在设置中使用的分束器的反射率。此外,我们还讨论了与我们的设置的操作相关的非理想性以及我们的设置与以前的设置的关系。
2013-12-17 quant-ph
Implementation of a non-deterministic optical noiseless amplifier
量子力学规定,任何独立于输入信号相位工作的放大器都必须引入一些多余的噪声。这种无噪声放大器的不可能性源于量子演化的幺正性和线性。规避这种限制的一种可能方法是通过测量中断这种演变,提供能够预示成功且无噪声的扩增事件的随机结果。在这里,我们展示了一个成功的实现这样一种方法,我们使用量子零差层析成像的放大相干态进行了充分的表征,并观察到一个强大的预示放大,约6dB的增益和噪声水平显着小于任何普通的相位无关设备允许的最小值。
2009-12-10 quant-ph
Nondeterministic Amplifier for Two Photon Superpositions
我们研究了基于量子剪刀装置的预示非确定性无噪声放大,该装置已被证明以牺牲真空态振幅为代价来增加状态的单光子振幅。在这里,我们建议使用相同的基本设计来执行完美的放大在一个基础上设置两个光子。该装置比串联工作的几个单光子放大器效率高得多。当用于放大相干态时,这种优势表现在保真度或成功动作的概率方面,或者更引人注目的是两者的结合。
2011-01-06 quant-ph
A high-fidelity noiseless amplifier for quantum light states
噪声是克隆或放大任意量子态的代价。与线性相位不敏感放大器相关的量子噪声只能通过放松确定性操作的要求来避免。在这里,我们提出了实验实现的概率无噪声线性放大器,能够放大相干态的最高水平的有效增益和最终状态保真度曾经达到。这种高保真放大方案基于光子加法和减法的序列,其特征在于显著的放大和低失真,通过增强部分重叠的量子态之间的区分或通过恢复在有损信道上传输的信息,可以成为量子通信和计量学的必要工具。
2010-04-20 quant-ph
Multiparametric Amplification and Qubit Measurement with a Kerr-free Josephson Ring Modulator
基于约瑟夫森结的参量放大器已经成为超导量子机器中普遍存在的部件。虽然参量放大器通常可以达到接近量子极限的性能,但它们有许多局限性,包括饱和功率低、方向性差和带宽窄。第一个被认为是源于高阶哈密顿项特有的约瑟夫森结电路,后两个是直接后果的性质的参数相互作用的权力。在这项工作中,我们将解决这两个问题。首先,我们设计了一个新的,线性分流约瑟夫森环调制器(JRM),几乎为零的所有四阶项在一个单一的磁通偏置点。接下来,我们通过一对平衡参数驱动器实现增益。当单独应用时,这些驱动器产生相位保持增益(G)和无增益光子转换(C),当一起应用时,所得到的放大器(我们称之为GC)是具有大的增益无关带宽的双向、相位敏感的仅透射放大器。最后,我们还展示了GC放大器的实用性,以及它的量子效率,通过使用它来读取超导transmon量子比特。
2019-12-20 quant-ph
Single-shot Quantum State Classification via Nonlinear Quantum Amplification
Princeton University(普林斯顿大学);Cornell University(康奈尔大学);University of Pittsburgh(匹兹堡大学);Yale University(耶鲁大学)
本文提出通过非线性量子放大实现单次量子态分类,优化测量链以提升分类性能,揭示非线性放大在量子态鉴别中的优势与局限。
2026-08-20 quant-ph
Noise, errors and information in quantum amplification
我们分析和比较量子器件的噪声,传输误码率(BER)和互信息的特性,显示如何噪声描述是有意义的高斯信道。在回顾了量子通信信道的描述之后,我们研究了放大器的插入。我们将注意力集中在直接检测的情况下,其中线性放大器具有3分贝的噪声系数,这通常被认为是不可超越的极限,称为标准量子极限(SQL)。采用理想的放大器可以同时降低噪声和误码率,这在原理上是可行的。然而,仅仅SQL之外的噪声的减少通常不对应于BER或互信息的改善。这是激光放大器的情况,其中饱和可以大大降低噪声系数,尽管没有相应的BER改善。这种机制的基础上说明的蒙特卡罗模拟。
1998-01-28 quant-ph
In-situ amplification of spin echoes within a kinetic inductance parametric amplifier
针对Josephson结基器件不耐磁场导致脉冲ESR系统复杂的问题,提出将自旋系综耦合到耐磁场超导薄膜弱非线性谐振器,实现原位自旋信号放大与高灵敏度测量,可在常规ESR磁场条件下应用。
2022-12-06 quant-ph
Quantum Repeater using Two-Mode Squeezed States and Atomic Noiseless Amplifiers
本文提出利用固态量子比特无噪声放大来存储并纯化受损耗双模压缩真空态,以概率性增强纠缠,并用于多量子比特寄存器和长距离QKD量子中继器。
2022-11-28 quant-ph
An experimental proposal to study collapse of the wave function in travelling-wave parametric amplifiers
微波量子比特状态的读出使用放大链发生,该放大链将量子态放大为用经典测量装置可检测的信号。然而,在这个过程中,量子态在哪一点上才真正被“测量”?为了研究“测量”是否发生在放大链中,其中参量放大器通常被选择为第一放大器,建议构造一种微波干涉仪,其每个臂上都添加有这样的放大器。通过向干涉仪提供单光子,干涉可见度取决于放大器的增益以及在放大过程中是否发生测量崩溃。由标准量子力学给出的可见度被计算为增益、插入损耗和温度的函数。我们发现在不考虑损耗的情况下,在大增益的极限中的可见度为1/3,如果放大器的插入损耗在50 mK的温度下为2.2 dB,则该可见度降低到0.26。它示出,如果波函数崩溃内的干涉仪,测量的可见性降低相比,其幅度预测的标准量子力学,一旦这个崩溃过程集。
2021-01-13 quant-ph
Models of reduced-noise, probabilistic linear amplifiers
我们构造了一个放大器,它介于一个非确定性的、完美的线性放大器和一个确定性的、理想的线性放大器之间,并超越了非理想的线性放大器。该结构涉及将具有幅度增益$g_1$的完美线性放大器与具有增益$g_2$的(可能)非理想线性放大器级联。对于正常排序的矩,器件具有输出噪声$μ^2(G^2-1)$,其中$G=g_1 g_2$是总幅度增益,$μ^2$是噪声参数。当$μ^2\ge1$时,我们的器件实现了理想($μ^2=1$)和非理想($μ^2>1$)线性放大器。当$0\leμ^2<1$时,这些设备仅在相空间的受限区域上有效地工作,并且具有一定的亚单位成功概率$p_{\checkmark}$。我们调查的性能,我们的$μ^2$放大器的增益校正的概率保真度产品和输入到输出的信号-噪声比校正成功概率的比率。
2016-03-10 quant-ph
How much quantum noise of amplifiers is detrimental to entanglement
分析了放大器的量子噪声对输入态纠缠特性的影响。我们考虑相位不敏感和相位敏感的放大和专门的高斯态的纠缠措施是发达国家。在相位不敏感放大的情况下,两个模都被对称放大,我们发现当强度增益超过一个极限值$2/(1+\exp[-E_N])$时,输出态的纠缠消失,其中$E_N$是输入态的对数负性,它量化了两个模之间的初始纠缠。如果只放大一个模,则输出端的两个模之间的纠缠更鲁棒。
2009-11-17 quant-ph
Heralded Noiseless Amplification of a Photon Polarization Qubit
单模的非确定性无噪声放大可以规避放大量子信号的独特挑战,例如不可克隆定理和确定性量子态放大的最小噪声成本。然而,现有设备不适合放大基本光学量子信息载体,即跨两个光学模式相干编码的量子比特。在这里,我们构建了一个相干双模放大器,以展示第一个预示着无噪声线性放大的量子比特编码在一个光子的偏振态。在这样做的过程中,我们将现实量子比特信道的传输保真度提高了五倍。量子比特放大器有望扩展安全量子通信和其他量子信息科学技术协议的范围。
2012-08-29 quant-ph
Non-degenerate pumping of superconducting resonator parametric amplifier with evidence of phase-sensitive amplification
Clarendon Laboratory(克拉伦登实验室);Cavendish Laboratory(卡文迪许实验室)
本文提出并实现了非退化泵浦方案,解决参数放大器的增益连续性和泵浦音去除问题,实验显示26dB增益和0.5MHz带宽,且在4K环境下更稳定。
2026-04-14 astro-ph.IM cond-mat.supr-con quant-ph
Non-deterministic noiseless amplification via non-symplectic phase space transformations
本文用维格纳函数相空间表示法分析了理想无噪声线性放大器算子$g^\hat{n}$的作用。在这种设置中,我们能够阐明增益$g$,当该算子作用于除相干态之外的输入时,针对该增益产生物理输出。我们推导出紧凑的封闭形式表达式的$N$本地放大器的行动,具有潜在的不同的增益,在任意$N$模式高斯态,并提供了几个例子,这种形式主义的效用,确定重要的数量,包括放大和蒸馏纠缠的强度和纯度,并优化使用放大的量子信息协议。
2012-11-20 quant-ph
Quantum limits on probabilistic amplifiers
理想的保相线性放大器是一种确定性器件,它在输入信号中加入了与量子力学所施加的约束一致的最小量的噪声。无噪声线性放大器将输入相干态转换为放大相干态,但仅在部分时间内工作。这样的器件实际上比无噪声的更好,因为输出的噪声比输入相干态的放大噪声小;因此,我们将这样的器件称为{ \em immaculate}。在这里,我们绑定的概率和近似完美的放大器的工作概率,并构建理论模型,实现这些界限。我们的主要结论如下:(i)任何相位不敏感的完美放大器的工作概率是非常小的相平面区域中的设备的工作与高保真度;(ii)相位敏感的完美放大器,仅工作在相干态稀疏分布在一个相位平面圆中心的原点可以有一个合理的高工作概率。
2013-10-02 quant-ph
Heralded amplification of photonic qubits
我们在全光纤、电信波长方案中展示了时间仓和Fock状态量子位的预示量子位放大,该方案突出了完全集成光子解决方案的简单性、稳定性和潜力。利用高效率超导探测器,研究了放大器的增益、保真度和性能随损耗的变化。我们还展示了第一个没有后选择的福克态量子比特放大器。这为证明设备无关的量子密钥分发以及扩展距离上的量子力学的基本测试提供了重大进展。
2015-07-12 quant-ph
Phase Estimation of Coherent States with a Noiseless Linear Amplifier
量子态的放大不可避免地伴随着在输出端引入噪声。对于具有预示成功的概率的协议,理论上无噪声线性放大仍然是可能的。当协议成功时,它可以导致输出是输入的无噪声放大副本。当协议不成功时,输出状态降级并且通常被丢弃。概率协议可以改善某些量子信息协议的性能,但如果考虑整个统计量,则不适用于计量学。通过计算无噪声线性放大器的量子费舍尔信息,计算了无噪声线性放大器对相干态相位估计的精度极限,结果表明,平均而言,无噪声线性放大器并不能提高相位估计的精度.我们还讨论了避免测量可以减少估计成本的情况。
2016-12-01 quant-ph
Selective Single and Double-Mode Quantum Limited Amplifier
本研究研发了基于超导动力学电感的新型量子极限放大器,突破约瑟夫森结放大器的温度、功率等局限,可在4.5K下选择性工作于单/双模模式,增益高、噪声低且抗磁场、可靠性强。
2024-06-07 quant-ph
Continuous-variable quantum key distribution over multispan links employing phase-insensitive and phase-sensitive amplifiers
本研究针对光纤传输损耗阻碍长距离量子密钥分发的问题,提出在多跨段链路中使用相位不敏感或相位敏感放大器,并在不同安全框架下分析密钥生成率,证明光放大能提升性能。
2023-09-14 quant-ph
On-chip Parametric Amplification in a Double Quantum Dots Circuit
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics(中国科学院量子信息与量子物理学前沿卓越中心)
本文提出了一种基于超导微波谐振腔和双量子点的在芯片内参数放大器,实现了超过11dB的增益,提升了量子比特读出的信噪比,为量子计算提供了更高效的读出平台。
2026-03-19 quant-ph
Broadband parametric amplification in DARTWARS
本文介绍了DARTWARS项目中动电感行波参量放大器(KITWPA)的最新原型进展,通过测试半长原型器件,在17mm长度下实现了2GHz带宽内约9dB的平均放大增益,为最终实现20dB放大目标奠定基础。
2024-02-19 quant-ph
Theory of noiseless phase-mixing amplification in a cavity optomechanical system
量子力学对放大的极限的研究,无论从基础层面还是从潜在应用的角度来看,都是一个重要的课题。我们在这里提出了一种新的设置的光机械放大器,由一个机械谐振器分散耦合到一个光机械腔周围的机械边带不对称驱动。我们表明,在一般的理由,本放大器工作在一个新的制度-我们在这里称之为相位混合放大。同时,对于适当的参数选择,这里提出的放大器作为相敏放大器操作。此外,我们表明,这两种配置允许放大低于标准的量子限制在一个参数范围内兼容的微波电路光力学的当前实验。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum limited amplification and entanglement in coupled nonlinear resonators
我们展示了一个耦合腔实现的玻色哈伯德二聚体,实现量子限制放大,并产生频率纠缠微波场的压缩参数远低于-12 dB。与以前的参数放大器的实现相比,我们的二聚体既可以作为简并放大器,也可以作为非简并放大器。大的测量增益带宽产品的非简并操作超过250 MHz,在输入光子数高达2000每us的饱和度都预计将进一步提高,同时保持约2 GHz的宽频率可调谐性。基于集总元件电路的Bose-Hubbard二聚体具有对系统参数灵活控制的特点,可作为量子模拟中非线性腔阵列的基本单元。
2014-04-17 quant-ph
Nonreciprocal microwave signal processing with a Field-Programmable Josephson Amplifier
我们的现场可编程约瑟夫森放大器(FPJA)的设计和实施报告-一个紧凑的和无损的超导电路,可以编程\textit{in situ}由一组微波驱动器执行互易和非互易频率转换和放大。在这项工作中,我们演示了四种工作模式:频率转换($-0.5~\mathrm{dB}$传输,$-30~\mathrm{dB}$反射),循环($-0.5~\mathrm{dB}$传输,$-30~\mathrm{dB}$反射,$30~\mathrm{dB}$隔离),相位保持放大(增益$>20~\mathrm{dB}$,$1~\mathrm{photon}$的添加噪声)和定向相位保持放大($-10~\mathrm{dB}$反射,$18~\mathrm{dB}$正向增益,$8~\mathrm{dB}$反向隔离,$1~\mathrm{photon}$的添加噪声)。该系统表现出定量与理论预测。基于Nb/Al-AlO $_x$ /Nb Josephson结的梯度超导量子干涉器件(SQUID),FPJA对磁通噪声具有一阶不敏感性,可在低温下无磁屏蔽工作。由于其灵活的设计和与现有超导制造技术的兼容性,FPJA提供了一条直接的途径,可以与超导量子电路(如量子比特或微波光机系统)进行片上集成。
2016-12-05 quant-ph
A complete characterisation of the heralded noiseless amplification of photons
光子的无噪声放大最近被证明是一种克服复杂量子通信任务中损失的方法。特别是,为了克服传输损耗,可以允许违反贝尔不等式的检测漏洞,设备无关的量子密钥分发(DI-QKD)。预言光子放大器的几种实现方式已经被提出,并实现了原理实验的第一个证明。在这里,我们提出了这种设备的第一个完整的特性,以测试其功能限制和DI-QKD的潜力。该装置在电信波长下进行测试,并显示出能够克服与通过单模电信光纤的$20\, \rm km$的传输相对应的损耗。我们展示了具有增益$>100$和预示概率$>83 % $的预示光子放大器,这是使用Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式的DI-QKD协议所要求的。光子放大器显然代表了在现实世界和典型网络距离上实现DI-QKD的关键技术。
2013-06-14 quant-ph
Noise-Powered Probabilistic Concentration of Phase Information
已知未知量子态的相位不敏感光学放大是基本上有噪声的操作,其不可避免地将噪声添加到放大状态[1 - 5]。然而,这种放大中的基本噪声惩罚可以通过诉诸最近提出的概率方案来规避,并在参考文献[6 - 8]中得到证明。这些放大器基于复杂干涉仪中的高度非经典资源。在这里,我们展示了一个利用热噪声源和光子数减法方案击败基本量子极限的概率量子放大器[9]。实验表明,令人惊讶的是,非相干噪声的添加导致无噪声放大的输出状态,其相位不确定性低于放大前的状态的不确定性。这种放大器在未来的量子通信方案和量子通信协议中可能成为一种有价值的量子工具。
2010-06-07 quant-ph
Coherent-state phase concentration by quantum probabilistic amplification
我们提出了新的相干态相位浓度的概率测量诱导放大。放大方案使用新的架构,热噪声加法(而不是单光子加法),然后使用现实的光子数分辨探测器进行可行的多光子减法。与确定性放大器相反,它允许大幅放大弱相干态,同时降低它们的相位不确定性。
2009-07-14 quant-ph
Quantum-limited Parametric Amplification with Josephson Circuits in the Regime of Pump Depletion
线性参量放大是信息处理中的一个关键运算。我们在这里感兴趣的是量子限制参量放大,$i.e.$,量子信号的放大,同时添加量子力学允许的最小量的噪声,这是必不可少的任何可行的实施量子信息处理。我们描述了基于约瑟夫森结的色散非线性的参量放大器,并以适当的音调作为泵浦源。我们讨论了这些放大器的架构中的两个定义特性:由信号,空闲和泵浦波所占据的模式的数量,以及这些波进入电路的独立端口的数量。这些放大器的散射特性也进行了审查。这项工作的主要重点是计算的动态范围和相空间分布的波动模式的放大器。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noiseless Linear Amplification and Distillation of Entanglement
信号放大的思想在物理系统的控制中无处不在,放大器的最终性能极限由量子物理学设定。增加未知量子光场的振幅,或者更一般地说,增加任何谐振子态的振幅,必然会引入噪声。这种线性放大噪声阻止了量子态的完美复制,对通信和计量学施加了量子限制,并且是防止通过本地操作增加纠缠的物理机制。已知理想克隆和局域纠缠增加(蒸馏)的非确定性版本是允许的,这表明非确定性无噪声线性放大的可能性。在这里,我们介绍,并实验证明,这样一个无噪声的线性放大器的连续变量状态的光场,并用它来证明场模纠缠的纠缠蒸馏。这种简单但功能强大的电路可以成为增强量子技术的实用设备的基础。无噪声放大的想法统一了克隆和蒸馏的方法,并将在量子精密测量和通信中得到应用。
2009-07-21 quant-ph
A heralded quantum amplifier of multi-photon states
针对量子网络的光子损耗问题,研究团队实验实现了高保真无后选择的多光子态预示放大器,可放大单模最多两光子态、增益超百倍且保相干,可扩展并应用于量子通信等领域。
2025-05-20 physics.optics quant-ph
Quantum limited amplification from inelastic Cooper pair tunneling
自然界对模拟信号的放大精度设置了基本限制。例如,一个线性放大器必然会增加一些噪声,最多相当于半个光子。虽然对于大多数应用来说,更高的噪声水平是可以接受的,但微波量子系统的读出,如自旋或超导量子比特,需要尽可能接近这个极限的噪声。到目前为止,只有利用超导电路中的非线性并由强微波泵浦音驱动的参量放大器才能接近它。然而,这种微波驱动使得它们比传统的直流供电放大器更难以实现和操作,到目前为止,传统的直流供电放大器的噪声要高得多。在这里,我们提出了第一个实验证明,一个简单的直流供电的设置允许放大接近量子极限。我们的放大方案是基于受激微波光子发射伴随着非弹性库珀对隧穿通过直流偏置的约瑟夫森结,与低噪声的关键在于一个定义良好的辅助空闲模式,类似于参量放大器。
2017-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Surpassing Quantum Noise Limits with Nonlinear Amplification
Xi’an Jiaotong University(西安交通大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室)
本研究提出一种非线性量子放大方法,利用双模系统与 Kerr 非线性相互作用,实现超越传统线性放大器量子噪声极限的 SNR 提升。
2026-03-12 quant-ph
Optimal design and quantum benchmarks for coherent state amplifiers
我们建立了一个未知的相干态的放大的最终量子极限,在确定性和概率的情况下,调查的现实情况下,预期的光子数是有限的。此外,我们提供了实验实现必须超越的基准,以击败所有经典放大策略,并证明真正的量子放大。我们的结果保证了一个成功的演示是在原则上可能的预期光子数的每一个有限的值。
2013-05-25 math-ph math.MP quant-ph
Amplification of polarization NOON states
NOON态是一种路径纠缠态,可以用来提高干涉测量中的相位分辨率。本文分析了偏振NOON态光参量放大所获得的量子态。首先,我们从理论和实验上研究了共线量子注入光参量放大器(QIOPA)对双光子态的放大。我们比较了受激发射方案与Sciarrino等人(PRA 77,012324)研究的自发方案,发现两种情况下的活力相当,但受激情况下的信号增强。第二步,我们证明了由于晶体的本征λ/4振荡模式,共线放大器不能成功地用于放大N>2的N光子态。为了克服这一局限性,我们提出了一种基于非共线QIOPA的通用状态放大方案,我们表明,通过放大过程获得的状态保留λ/N特征,并表现出较高的抗损失能力。此外,当分析具有足够高阶M的关联函数时,可以得到渐近单位可见性。
2008-04-11 quant-ph
Raman-noise induced quantum limits for chi^3 nondegenerate phase-sensitive amplification and quadrature squeezing
我们提出了chi ^3非线性介质中非简并相敏参量放大的量子理论。克尔χ ^3非线性的非零响应时间决定了χ ^3参量放大的量子极限噪声系数,以及正交压缩的极限。这种非零响应时间的非线性需要耦合的参数过程的分子振动声子浴,导致额外的噪声通过自发拉曼散射。我们给出了作为相敏放大器工作的频率非简并和频率简并卡方参放大器的量子极限噪声系数的解析表达式。我们也给出了频率非简并正交压缩的结果。结果表明,当简并度接近时,我们的非简并压缩理论与Boivin和Shapiro的简并压缩理论一致。我们还包括了线性损耗对相敏过程的影响。
2005-09-21 quant-ph
Third harmonic-mediated amplification in TWPA
Comenius University(布拉迪斯拉发康斯坦丁神学院大学)
针对Josephson行波参量放大器,本文扩展耦合模理论,证明三次谐波能提升放大器增益与带宽,并利用基于等离子体振荡的放大器在瞬态模拟中验证了该效应。
2025-11-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum enhancement of signal-to-noise ratio with a heralded linear amplifier
由于退相干的普遍性质,在传输期间保护量子信息对于任何量子网络都是至关重要的。因此,可以增强比其相关噪声更强的量子信号同时保持量子相干性的线性放大器非常有用。这种看似非物理的放大器属性对于一类不确定性工作的概率放大器是可以实现的。在这里,我们提出了一个线性放大方案,实现这一属性的相干态相结合的预示测量为基础的无噪声线性放大器和确定性的线性放大器。两个放大器的级联引入了灵活性,允许在高增益或高噪声降低的制度之间进行调谐,并控制这些性能对有限预示概率的权衡。我们证明了一个放大信号的传递系数$\mathcal{T}_s > 1$的输出状态没有统计失真。通过部分放宽对输出高斯性的要求,我们可以得到进一步的改进,以实现一个$\mathcal{T}_s = 2.55 \pm 0.08$。我们的放大方案仅依赖于线性光学和后选择算法。我们讨论了使用这种放大器作为一个积木在扩展量子通信的距离的潜力。
2018-06-28 physics.optics quant-ph
Optimal cloning of coherent states with a linear amplifier and beam splitters
提出了一种实现相干态最佳对称N到M克隆的变换。它的实现只需要一个相位不敏感的线性放大器和分束器网络。因此,这种连续变量克隆机的实验演示应该在当前技术的范围内。指出了最佳量子克隆与量子态最佳放大之间的联系。
2000-12-11 quant-ph
Quantum functionalities via feedback amplification
反馈放大是综合各种重要功能的关键技术,特别是在涉及运算放大器的电子电路中。本文提出了这种方法的量子版本,其中一般的相位保持量子放大器和相干(即,免测量)反馈用于构建具有有用功能的各种类型的系统:量子版本的微分器、积分器、自振荡器和有源滤波器。这类有源滤波器包括巴特沃兹滤波器,它可以用来增强光量子通信信道的容量,以及非互易放大器,它可以测量超导量子比特系统,并通过将输入场与输出场分离来保护它。对实现宽带引力波探测器的有源相位抵消滤波器进行了详细的研究,即采用反馈放大的方法构造有源滤波器,补偿信号的相位延迟,最终恢复高频灵敏度。
2021-04-03 quant-ph
Parametrically enhanced interactions and non-trivial bath dynamics in a photon-pressure Kerr amplifier
两个超导电路之间的光子压力耦合是一个很有前途的平台,研究辐射压力耦合在新的参数制度和射频(RF)量子光子学和量子限制RF传感的发展。到目前为止,光子-压力耦合电路的本征约瑟夫森非线性还没有被认为是增强器件或新实验方案的潜在资源。在这里,我们实现了一个射频电路和微波腔之间的光子压力耦合,其中包含超导量子干涉器件(SQUID),它可以作为约瑟夫森参量放大器(JPA)操作。我们证明了一个基于克尔的增强的光子压力单光子耦合率和一个数量级的放大器制度的协同性的增加。此外,我们的特征上转换和克尔放大的残余热波动的RF电路,并观察到腔内放大降低了测量的不精确性。最后,我们证明,RF模式边带冷却是令人惊讶的不限于有效的放大器模式温度所产生的量子噪声放大,我们解释了非平凡浴动力学由于两个阶段的放大过程。我们的研究结果表明,如何克尔非线性,特别是约瑟夫森参量放大可以被用作增强的光子压力系统和克尔腔光学力学的资源。
2022-03-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Reciprocity: A Structured-Bath Hamiltonian for Coherent Amplification
Missouri State University(密苏里州立大学)
本文提出有限结构化浴哈密顿量,利用同源微观耦合统一耗散与反馈,并通过六量子比特数值模拟验证从耗散到放大的可控转变,为以架构互易性保持宏观相干性提供基础。
2025-10-20 quant-ph