Improved sensing with a single qubit
我们考虑量子精密测量与任意先验知识的参数。我们证明，一个单一的传感两级系统可以作为一个虚拟的多级系统，提供了更高的灵敏度在贝叶斯，单发，计量方案，并允许一个估计（任意）大参数值，避免相位缠绕。这是通过利用额外的自由度或不参与感测过程的辅助系统来实现的。通过中间控制操作以这样的方式操纵联合系统，即生成具有任意频谱的有效哈密顿量，其模仿与场相互作用的多级系统的频谱。我们展示了如何使用一个单一的被困离子的额外的内部自由度，以实现一个高灵敏度的磁场传感器的字段与任意事先。
2016-08-12 quant-ph
Efficient high-dimensional entanglement imaging with a compressive sensing, double-pixel camera
我们实现了一个双像素，压缩传感相机有效地表征，在高分辨率下，自发参量下转换产生的空间纠缠场。该技术利用纠缠光子之间空间相关性的稀疏性，通过n维图像的缩放因子高达n^2/log（n）来改善光栅扫描的采集时间。我们的图像分辨率高达1024个维度，每个探测器，并展示了8.4位每光子的通道容量。通过比较共轭基中的经典互信息，我们违反了熵Einstein-Podolsky-Rosen可分性准则的所有测量分辨率。更广泛地说，我们的结果表明压缩感知对于相关系统的高阶测量特别有效。
2012-12-21 quant-ph
Heterodyne Sensing of Microwaves with a Quantum Sensor
金刚石量子传感器对与自旋跃迁共振的弱微波磁场敏感。然而，这种协议中的光谱分辨率最终受到传感器寿命的限制。在这里，我们展示了一个外差检测方法的微波（MW），导致在GHz范围内的寿命独立的光谱分辨率。我们通过从相干源产生初始叠加态来将MW信号参考到本地振荡器。实验上，我们实现了一个低于$1\ \rm{Hz}$的$4\ \rm{GHz}$信号远低于传感器的寿命限制的千赫的光谱分辨率。此外，我们显示控制的相互作用的MW场与两个能级系统通过施加敷料领域，脉冲Mollow吸收和Floquet动力学下强纵向射频驱动。虽然脉冲Mollow吸收导致最高的灵敏度，Floquet动态允许独立于系统谐振频率的鲁棒控制。本文的工作对今后开展宽频率范围、高光谱分辨率的微弱微波信号探测研究具有重要意义。
2020-08-23 quant-ph
Benchmarking Compressed Sensing, Super-Resolution, and Filter Diagonalization
已经开发了使用不同策略来绕过奈奎斯特采样定理的信号处理技术，以便恢复比传统的离散傅立叶变换更多的信息。在这里，我们研究三种这样的方法：滤波器对角化，压缩感知和超分辨率。我们将它们应用于科学和工程中常见的各种信号形式，以发现何时以及如何最有效地使用每种方法。我们发现，滤波器对角化为洛伦兹信号提供了最好的结果，而压缩感知和超分辨率对任意信号都有更好的表现。
2015-02-17 physics.chem-ph physics.data-an quant-ph
Observations of super-resolution using phase-controlled coherent photons in a delayed-choice quantum eraser scheme
该研究在延迟选择量子擦除方案中利用相位控制相干光子实现高阶强度关联超分辨，相位分辨率达到海森堡极限，为兼容相干光学技术的实用量子传感提供新途径。
2023-12-06 quant-ph
Nanoscale Sensing of Solid-State Samples with High Frequency Resolution
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出量子控制协议，通过同步旋转磁场与定制射频去耦和微波控制，克服固态环境挑战，实现纳米级各向同性化学位移检测。
2026-04-29 quant-ph
Imaging of high-frequency electromagnetic field by multipulse sensing using nitrogen vacancy centers in diamond
本文提出利用金刚石氮空位中心的多脉冲动力学去耦与幅度整形控制脉冲，在19.23 MHz实现微米级空间分辨率的高频率分辨率射频场成像。
2023-07-05 quant-ph
Enhanced standoff sensing resolution using quantum illumination
损耗和噪声很快破坏了量子纠缠。尽管如此，最近的工作表明，正交纠缠光源可以在相同平均发射功率的所有经典状态源中获得实质性的性能优势，这些经典状态源的损耗和噪声使它们纠缠中断，例如，远距离目标检测。在本文中，我们在将这种量子照明范例扩展到光学成像领域，即，以获得用于间隔光学感测的更好的空间分辨率。我们的规范成像方案-限制，为简单起见，一个横向尺寸-被认为是解决一个与两个紧密间隔的同相镜面反射点目标。我们表明，纠缠态发射机，它使用连续波泵浦自发参量下变频（SPDC），实现了错误概率指数，超过了所有经典状态发射机相同的平均功率。使用这些误差指数的结果，我们找到最终的空间分辨率限制相干状态和SPDC成像系统，使用各自的量子最优接收器，从而量化后者的空间分辨率优势。我们还提出了一种结构化的光接收器，理想情况下能够利用3 dB（全6 dB）的误差概率指数的增益，可实现的SPDC发射机和它的量子最优接收器。
2010-12-12 quant-ph
Fully-Quantum-Theoretic Numerical Study on Quantum Phase Sensing and Ghost Imaging Systems Operating with Multimode N00N States
我们提出了一个数值研究的超分辨率的量子相位传感和鬼成像系统的多模N 00 N态超过瑞利衍射极限。我们的计算模拟基于通过数值模式分解的正则量子化（CQ-NMD）[1，2]，其中使用计算电磁学方法数值求解非均匀电介质中电磁场的简正（本征）模式。在CQ-NMD框架下，利用Wick定理，在Heisenberg图像下，可以计算任意观测量对各种非经典光的初始量子态的期望值.目前的数值框架有很大的潜力来处理纠缠光子的散射问题，由于任意的介质对象。
2022-03-21 quant-ph
Quantum sensing with arbitrary frequency resolution via correlation measurements
针对量子传感器因有限相干时间难以实现高频光谱分辨率的问题，提出基于NV中心系综测量AC磁场相位关联的协议，可扩展动态范围至拉比频率以上并实现任意分辨率，且对磁场振幅更鲁棒，提升传感性能。
2025-04-16 physics.app-ph quant-ph
Fourier Magnetic Imaging with Nanoscale Resolution and Compressed Sensing Speed-up using Electronic Spins in Diamond
使用金刚石中的氮空位（NV）色心的光学检测的磁共振是用于纳米级磁场成像的主要模式，因为其提供单电子自旋灵敏度、优于1 nm的三维分辨率以及在环境条件下对广泛的物理和生物样品的适用性。然而，迄今为止，NV-金刚石磁成像已经使用实空间技术来执行，实空间技术要么被光学衍射限制到250 nm分辨率，要么需要缓慢的逐点扫描以获得纳米级分辨率，例如，使用原子力显微镜、磁性尖端或超分辨率光学成像。在这里，我们介绍了一种替代技术的傅立叶磁成像使用NV-金刚石。与传统的磁共振成像（MRI）类似，我们采用脉冲磁场梯度对波数或k空间中NV电子自旋的空间信息进行相位编码，然后进行快速傅立叶变换，以产生具有纳米级分辨率、宽视场（FOV）和压缩传感加速的实空间图像。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Interpolation for High Resolution Sensing
纳米级量子传感器的工程和控制的最新进展开辟了精密计量的新范例。不幸的是，硬件限制往往限制了传感器的性能。例如，在纳米级磁共振探针中，有限的采样时间极大地限制了可实现的灵敏度和光谱分辨率。我们开发了一种相干量子插值技术，可以克服这些问题。使用与金刚石中的氮空位中心相关联的量子传感器，我们实验证明，量子插值可以实现经典磁场和单个量子自旋的光谱，其频率分辨率比传统方法更精细。量子插值不仅是一种从单个生物分子中提取结构和化学信息的技术，而且可以直接应用于其他量子系统的超分辨率量子光谱学。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical super-resolution sensing of a trapped ion's wave packet size
我们展示了一个单一的捕获离子的波包的大小的超分辨率光学传感。我们的方法扩展了众所周知的基态耗尽（GSD）技术的相干制度。在这里，我们使用一个空心光束强烈饱和相干驱动偶极禁戒跃迁周围的子衍射限制区域在其中心和观察状态相关的荧光。通过空间扫描这个激光束在一个单一的捕获$^{40}\mathrm{Ca}^+$离子，我们能够测量冷却离子的波包大小。使用耗尽束腰的$4.2(1)\,μ$米，我们达到了空间分辨率，使我们能够确定一个波包大小为$39(9)\,$ nm的近基态冷却离子。该值与独立推导的$32(2)\,$ nm值相匹配，该值由解析边带光谱测量计算得出。最后，我们讨论了我们的适应GSD成像技术的最终分辨率限制，直接量子波包成像的应用。
2021-10-07 physics.optics quant-ph
High-resolution antenna near-field imaging and sub-THz measurements with a small atomic vapor-cell sensing element
近年来，利用原子蒸气中里德伯态的量子光学EIT光谱对毫米波（mmW）和太赫兹电场进行原子感测和测量已经引起了对原子电场标准和传感器技术的发展的极大兴趣。在这里，我们描述了最近的工作，采用小原子蒸气室传感元件的辐射模式的K $_u$波段喇叭天线在13.49 GHz的近场成像。我们的图像领域的空间分辨率为$λ/10$和测量超过72至240 V/m的场范围内使用的里德堡共振的非共振交流斯塔克位移。相同的原子传感元件用于测量255 GHz下的亚太赫兹电场，毫米波频率增加了一个数量级以上。使用近共振mmW原子跃迁在连续的$\pm$ 100 MHz频带上测量亚太赫兹场。
2018-04-25 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Intensity product-based optical sensing to beat the diffraction limit in an interferometer
该研究将量子传感的投影测量方法引入干涉仪，通过干涉条纹的K次幂替代K阶强度乘积，实现分辨率额外的平方根K增益，从而突破衍射极限并超越海森堡极限。
2024-05-28 physics.optics quant-ph
Compressed sensing for multidimensional electronic spectroscopy experiments
压缩感知是一种处理方法，可以显著减少在许多科学和工程领域中准确解析信号所需的测量次数。我们开发了一个二维（2D）的多维电子光谱压缩传感的变体，并将其应用于实验数据。对于原子铷蒸气的模型系统，我们发现，压缩传感提供了显着更好的分辨率比传统的离散傅立叶变换从相同的实验数据的二维光谱。我们相信，通过将强大的分辨率与易用性相结合，压缩感知可以成为分析和解释超快光谱数据的强大工具。
2012-07-16 cond-mat.other quant-ph
Super-Resolution Imaging with Multiparameter Quantum Metrology in Passive Remote Sensing
我们研究超分辨率成像理论上使用一个遥远的n模式干涉仪在微波制度的被动遥感，使用例如，用于像“土壤湿度和海洋盐度（SMOS）”任务这样的卫星观测地球表面。我们给出了一个完整的量子力学分析的多参数估计的源平面上的温度。我们找到最佳的检测模式相结合的传入模式与优化的酉，使最翔实的测量的基础上的光子计数的检测模式和饱和的量子Cramér-Rao约束从对称对数导数的参数集的温度。在我们的数值分析中，我们通过使用像素大小为3 km的极大似然估计器重建图像来实现量子增强的超分辨率，这比具有可比参数的SMOS的空间分辨率小十倍。此外，我们找到了优化的酉均匀的温度分布在源平面上，与温度对应的图像的平均温度。即使对应的酉未针对特定图像进行优化，与理论上可能的最大测量次数的局部测量场景相比，它仍然提供了超分辨率。
2023-01-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum-assisted Distortion-free audio signal sensing
量子传感器保持着计量学的尖端灵敏度。然而，对于任意信号的高灵敏度测量，线性动态范围的限制可能在感测未知信号的频率、幅度和相位时引入失真。在这里，我们克服了这些限制与先进的传感协议，结合量子相敏检测与外差读出。我们目前的理论和实验研究，使用氮空位中心的金刚石，表现出的能力，以98 dB的线性动态范围，31 pT/Hz的$^{1/2}$的灵敏度，和任意频率分辨率的无线电信号感测。此外，我们执行量子辅助失真的音频信号（旋律，语音）的高保真度感测。这里开发的方法可以拓宽量子传感器在电信应用中的视野，其中需要在小的传感体积内的多个频带上的高保真度和低失真。
2021-11-10 physics.app-ph quant-ph
