Quantum limit for laser interferometric gravitational wave detectors from optical dissipation
我们从光损耗引起的耗散导出了激光干涉引力波探测器灵敏度的量子极限，类似于机械耗散的灵敏度极限。它适用于不同的干涉仪结构，除非光学性能得到改善，否则无法超越。这一结果为长期存在的问题提供了答案，即在最先进的光学系统下，我们可以将探测器的灵敏度提高到何种程度。
2019-03-07 quant-ph
Broadband sensitivity improvement via coherent quantum feedback with PT symmetry
传统的谐振检测器经常受到带宽和峰值灵敏度之间的权衡，这可以追溯到量子Cramer-Rao界限。异常色散已被证明可以通过信号放大来改善它，因此对退相干更鲁棒，同时它会导致不稳定性。我们提出了一个稳定的量子放大器适用于线性系统的基本检测限，使双模非简并参量放大。在阈值处，放大器的一个模式形成原始检测器模式的PT对称系统。激光干涉引力波探测器和微波腔轴子探测器的灵敏度提高。
2020-12-01 quant-ph
Bridging particle and wave sensitivity in a detector of configurable positive operator-valued measures
我们报道了一种具有可调正算子值测度（POVM）的光探测器。该设备是基于弱场零差技术和光子数分辨检测相结合。通过调节不同的系统参数，如本振耦合、振幅和相位，可以将所得到的POVM从Fock态投影仪连续调谐到各种相位相关的量子态测量，从而不仅允许检测，而且允许制备奇异的量子态。实验断层重建的经典基准状态作为一个示范的检测器的能力。
2009-02-09 quant-ph
Talbot-Lau interferometry with fullerenes: Sensitivity to inertial forces and vibrational dephasing
我们讨论了近场干涉仪中的物质波实验，并着重讨论了由于惯性力引起的失相现象。它们的存在可能导致所观察到的干涉对比度的显著降低，即使它们不会导致真正的退相干。我们提供了最重要的影响的定量估计，并通过实验证明了声振动的强烈影响。由于惯性力的影响越来越重要的干涉测量与更大质量的粒子，他们必须被识别和补偿在未来的实验。
2004-11-16 quant-ph
Sensitivity of a micromechanical displacement detector based on the radio-frequency single-electron transistor
研究了隧道散粒噪声对基于金属结射频单电子晶体管（rf-SET）的微机械位移探测器灵敏度的限制。与rf-SET静电计的电荷灵敏度相比，位移灵敏度随着栅极电压偏置的增加而提高，并且利用适当优化的rf-SET，$10^{-6} {\rmÅ}/\sqrt{\rm Hz}$的位移灵敏度是可能的。
2000-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezing enhanced homodyne weak force sensing in cavity optomechanics
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
通过变分零差读出和量子压缩，在腔光力学系统中实现超越标准量子极限的弱力灵敏度提升。
2026-07-23 quant-ph
Robust force sensing for a free particle in a dissipative optomechanical system with a parametric amplifier
本文从理论上研究了在具有简并参量放大器的耗散耦合光机系统中，作用在自由粒子上的弱经典力的光学探测问题。我们表明，PA允许一个实现的力的灵敏度远远优于标准量子极限（SQL）在广泛的范围内的检测频率。这种改善取决于参量增益和驱动功率。此外，我们还讨论了机械阻尼和热噪声对力灵敏度的影响。我们发现，力的灵敏度的鲁棒性比SQL对机械阻尼和热噪声是可以实现的PA具有高参数增益的存在下。对于温度$T = 1$ K，当驱动功率被设置在与没有PA的SQL相对应的值时，灵敏度的改善好了约7倍。
2017-03-02 quant-ph
Broadening the high sensitivity range of squeezing-assisted interferometers by means of two-channel detection
对于压缩增强的SU（2）干涉仪，我们从理论上研究了拓宽亚散粒噪声灵敏度相位范围的可能性。我们表明，这一目标可以通过在两个输出端口中实施检测来实现，检测器输出的最佳组合，导致独立于干涉仪操作点的相位灵敏度。如果每个检测器之前都有相敏放大器，则该灵敏度也可以容忍检测损失。
2020-10-11 quant-ph
Development of a high-sensitivity torsion balance to investigate the thermal Casimir force
我们报道了一种高灵敏度的扭秤的发展，以测量热卡西米尔力。特别强调的是放置在一个可能的表面电力源自表面补丁电位，最近已经注意到几个实验组的实验研究。通过正确理解实际材料中表面电力的实际贡献，我们的目标是进行精确的力测量，以解决实际金属以及其他半导体材料（如石墨烯）中有限温度下的卡西米尔力。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Force sensitivity of multilayer graphene optomechanical devices
基于低维材料的机械谐振器在力和质量传感实验中具有广阔的应用前景。这些超轻谐振器中的力灵敏度通常受到振动测量的不精确性、机械谐振频率的波动以及由测量引起的加热的限制。在这里，我们将多层石墨烯谐振器与超导腔强耦合，以实现$1.3$ fm Hz $^{-1/2}$的位移灵敏度。这种耦合还允许我们将谐振器阻尼到平均声子占据$7.2$。我们的最佳力灵敏度$390$ zN Hz $^{-1/2}$具有$200$ Hz的带宽，通过平衡测量不精确性、光机械阻尼和加热来实现。我们的结果为研究石墨烯的量子电容、磁化强度以及吸附在其表面上的分子的电子和核自旋提供了希望。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing the sensitivity of the LIGO gravitational wave detector by using squeezed states of light
在爱因斯坦首次预测引力波存在的近一个世纪后，一个全球性的地球引力波观测站网络正在寻求使用精密激光干涉测量法直接探测这种微弱的辐射。光子散粒噪声，由于光的量子性质，施加了一个基本的限制的attometer级的灵敏度的更大规模的迈克耳孙干涉仪部署这项任务。在这里，我们注入压缩态，以提高性能的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）的探测器之一，超过量子噪声限制，最显着的频率区域下降到150赫兹，至关重要的几个天体物理源，在任何频率下观察到的性能没有恶化。随着压缩态的注入，这个LIGO探测器展示了有史以来对引力波的最佳宽带灵敏度，这对以前所未有的灵敏度观测引力波宇宙具有重要意义。
2013-10-01 physics.optics quant-ph
Enhancing the force sensitivity of squeezed light optomechanical interferometer
频率相关压缩真空的应用使光机干涉仪的力灵敏度提高了$e^{-r}$倍，超过了标准量子极限，其中$r$是压缩参数。在这项工作中，我们表明，随着量子光学回复力的压缩光的应用可以提高灵敏度超过标准的量子限制的一个因素$\sqrt{e^{-2r}ζ/4Δ}$，其中$0< ζ/Δ<1$，与$ζ$的光机械腔衰减率和$Δ$的腔本征频率和驱动场之间的失谐。本文中描述的技术仅限于比光机械镜的谐振频率小得多的频率。
2022-05-12 physics.optics quant-ph
Sensitivity and accuracy of Casimir force measurements in air
量子电动力学波动引起金属表面之间的吸引力。在分离处，有限的光速影响相互作用，它被称为卡西米尔力。热运动决定了其在室温下测量的基本灵敏度极限，但其他几个系统误差也会导致不确定性，并且在空气中相对于真空中变得更加重要。在这里，我们讨论了几种测量技术在空气中的可行性（力调制，频率调制和准静态偏转），通过确定几个主要来源的不确定性来表征其灵敏度和准确性，并将结果与热运动所决定的基本灵敏度限制和Casimir力计算所固有的不确定性进行比较。最后，我们探讨了减少不确定性的来源，以提高卡西米尔力测量的范围和精度的前景。
2019-08-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Power sensitivity of broadband radiofrequency detectors based on quantum diamond spins
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Phasor Quantum Pty Ltd（Phasor量子有限公司）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
本文研究了基于量子钻石自旋的射频探测器的功率灵敏度，推导了不同噪声条件下斜率检测和方差检测协议的灵敏度标度定律，并发现灵敏度与RF-自旋接口特征物理尺寸成反比。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Design of a Single-Shot Electron detector with sub-electron sensitivity for electron flying qubit operation
最近在弹道导体中实现了相干单电子源，这让我们可以设想进行类似于量子光学实验的时间分辨电子干涉测量实验，最终可以将传播的电子激发用作飞行的量子比特。然而，一个重要的缺失是单次电子探测，它将使飞行量子比特的完整量子信息操作成为可能。在这里，我们提出并讨论了一个单电荷检测器的设计，能够实现在飞行中检测电子飞行量子比特。它的亚电子灵敏度将允许检测分数量子霍尔效应的分数带电飞行任意子，并将使使用符合测量检测任意子统计。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
On the origin of force sensitivity in tests of quantum gravity with delocalised mechanical systems
本文用相空间方法统一分析非高斯猫态与压缩高斯态机械系统，证明空间离域决定力灵敏度并决定量子力诱导的纠缠速率。
2024-01-15 gr-qc quant-ph
A Quantum-Enhanced Prototype Gravitational-Wave Detector
电磁场的量子性质对光谱学、显微镜和干涉测量等光学精密测量的灵敏度施加了根本限制。所谓的量子极限是由电磁场的零点波动设定的，这限制了光信号测量的精度。在精密测量领域，激光干涉引力波（GW）探测器是有史以来最灵敏的位置测量仪，能够测量由来自天文源的引力波引起的距离变化，其量级为10^-18 m RMS/千米。目前运行的和未来的GW探测器的灵敏度受到量子光学噪声的限制。在这里，我们展示了一个44%的改进位移灵敏度的原型GW检测器与悬挂准自由镜的频率，其中的灵敏度是散粒噪声限制，通过注入的压缩状态的光。该演示是在大规模GW探测器中实施挤压增强的关键一步。
2008-02-28 gr-qc quant-ph
Boosting the sensitivity of high frequency gravitational wave detectors by PT-symmetry
中子星合并残留物辐射出的千赫兹引力波携带着丰富的高密度核物质态物理信息，以及伽马射线暴、黑洞形成等许多重要的天体物理现象。目前的激光干涉仪引力波探测器，如LIGO、VIRGO和KAGRA在千赫兹波段的信号响应有限，因此无法捕捉这些重要的物理现象。本文提出了一种通过光量子放大器提高引力波探测器在高频下灵敏度的方案。在辅助量子放大器的作用下，该设计具有奇偶时间（PT）对称性，从而使探测频带在千赫兹范围内得到显著展宽。在这项工作中，我们仔细分析了量子噪声限制的灵敏度和动态稳定性的设计。实验结果表明，在3kHz附近，量子噪声限制的灵敏度提高了一个数量级，这表明该方案在未来寻找中子星合并信号中具有潜在的应用价值。
2022-07-13 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Terahertz and Infrared Uncooled Detector Based on a Microcantilever as a Radiation Pressure Sensor
我们认为，远红外（太赫兹），室温探测器的基础上的微悬臂梁传感器的辐射压力。该系统在远红外（太赫兹）光谱区域中具有比现有非制冷探测器高得多的灵敏度。灵敏度的显著提高是由于非吸收检测方法和高质量光学微腔的结合。我们的理论分析的探测器的灵敏度和数值模拟表明，窄带外差探测器的带宽为30 MHz的最小可测量的强度由三个数量级小于传统的非制冷探测器。在宽带探测器的情况下，噪声等效温差（NETD）为7.6 mK，这是显着小于传统的非制冷热探测器。
2007-03-05 cond-mat.other physics.ins-det quant-ph
Increasing the sensitivity of future gravitational-wave detectors with double squeezed-input
我们考虑通过将两个压缩真空（光）同时注入到干涉仪的暗端口中来提高未来干涉型引力波探测器的灵敏度。与作者之一先前建议的附加零差检测一起，允许在整个检测频带上减少量子噪声。为了激励未来的实现，我们考虑到先进LIGO（AdvLIGO）的现实的技术噪声预算和数值优化的滤波器和干涉仪的参数检测引力波信号从两个重要的天体物理学来源，即中子星-中子星（NSNS）的二进制文件和突发。假设30 m滤波腔的光损耗为10 ppm/次反射和10 dB的压缩注入，在最佳参数下，相应的量子噪声在高频处降低了10倍，在低频和中频处低于技术噪声。
2009-08-12 gr-qc quant-ph
Impact of Stoichiometry of MoSi Thin Films for Enhanced Sensitivity of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
Walter Schottky Institut, Technische Universität München（沃尔特·肖特基研究所，慕尼黑工业大学）；TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München（慕尼黑工业大学自然科学院）；TUM School of Computation, Information and Technology, Technische Universität München（慕尼黑工业大学计算、信息和技术学院）
研究MoSi薄膜化学计量比对超导纳米线单光子探测器性能的影响，发现临界温度、薄层电阻与厚度的普适标度行为，并确定Mo0.53Si0.47薄膜在5.4 nm厚度下具有最高灵敏度。
2026-05-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Force Sensing by Digital Twinning of Atomic Bose-Einstein Condensates
提出一种基于机器学习的完全数据驱动的数字孪生方法，结合异常检测技术，在无需物理系统先验知识的情况下，将原子力传感器的弱信号检测灵敏度提升了一个数量级。
2024-06-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Zero-Temperature Casimir Fluctuations and the Limits of Force Microscope Sensitivity
据预测，在力显微镜的量子波动负责的卡西米尔力可以直接观察到的温度无关的力的波动具有谱密度$9π/(40\ln(4/e)) \hbar δk$，其中$\hbar$是普朗克常数和$δk$是观察到的变化弹性常数作为显微镜针尖接近样品。对于典型的操作参数，预测的力噪声在一赫兹带宽内为$10^{-18}$牛顿量级。第二定律通过波动耗散定理得到遵守。对于小的尖端样品分离的悬臂梁阻尼预计将增加温度降低，一个行为，这是让人想起的近藤效应。
1997-10-18 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Improving force sensitivity by amplitude measurement of light reflected from a detuned optomechanical cavity
机械振子所受微弱连续力的测量是各种物理实验中的基本问题。从根本上说，它受到了用于检测振荡器位移的计量器的量子反作用的阻碍。在干涉位移测量的背景下，我们在这里提出并证明了相干反作用抵消方案的工作原理。通过测量从失谐的光机械腔反射的光的振幅正交，在该光机械腔中产生刚性光学弹簧，可以在窄频带中消除反向作用。该方法为在不需要注入压缩光或稳定的零差读出的情况下提高受量子反作用限制的实验的灵敏度提供了一种简单的方法。
2021-05-21 gr-qc physics.ins-det quant-ph
A frequency and sensitivity tunable microresonator array for high-speed quantum processor readout
超导微谐振器已被成功地用作各种应用的检测元件。由于每条传输线的多路复用系数超过1，000个探测器，它们是迄今为止最具可扩展性的低温探测器技术。对于高吞吐量应用，可以将较少的检测器耦合到单根导线，但利用较大的每个检测器带宽。对于所有现有的设计，制造公差的波动导致谐振频率和灵敏度的不均匀偏移，这最终限制了带宽利用的效率。在这里，我们提出了一个超导微谐振器读出集成两个可调电感每个检测器的设计，实施和初步表征。我们证明，这些调谐元件提供独立的控制检测器的频率和灵敏度，使我们能够最大限度地提高传输线的带宽利用率。最后，我们讨论了这些探测器集成在一个多层制造堆栈中，用于D-Wave量子处理器的高速读出，强调使用由单个磁通量子回路组成的控制和路由电路，以最大限度地减少最低温度阶段的控制线数量。
2016-04-22 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
