Many-body quantum lock-in amplifier
在噪声环境中实现时变信号的高精度检测是物理学中普遍存在的问题，也是计量学中的关键任务。锁定放大器是一种检测器，可以从极其嘈杂的环境中提取具有已知载波频率的交变信号。在这里，我们提出了一个协议，实现纠缠增强锁定放大器通过empoying多体量子干涉术和周期性多脉冲。通常，量子干涉测量包括三个阶段：初始化、询问和读出。在询问过程中加入适当的周期性多$π$脉冲序列，可以实现多体量子锁定放大。我们的分析结果表明，通过选择合适的输入态和读出操作，可以通过布居测量同时提取未知交变场的频率和振幅。特别地，如果我们输入自旋猫态并应用基于相互作用的读出操作，则频率和振幅的测量精度都可以接近海森堡极限。此外，我们的多体量子放大器对极端随机噪声具有鲁棒性。我们的研究为多体量子系统测量含时信号指出了一个新的方向，为实现交变信号的海森堡极限探测提供了一条可行的途径。
2020-10-14 quant-ph
Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: scheme and experiment
提出一种趋近海森堡标度的自适应贝叶斯量子频率估计协议，并在冷原子CPT钟中实现高精度稳健锁定，稳定度较PID提升5.1(4) dB。
2024-10-25 quant-ph
Theoretical investigations of quantum correlations in NMR multiple-pulse spin-locking experiments
在核磁共振多脉冲自旋锁定实验中，对具有偶极-偶极相互作用的双自旋系统的量子关联进行了理论研究。我们考虑了两种多脉冲自旋锁定方案。第一种方案仅由$π/2$脉冲组成，并且脉冲之间的延迟可以不同。第二种方案包含$φ$ -脉冲（$0<φ<π$）并且在它们之间具有相等的延迟。我们计算了两个方案的初始可分离状态的纠缠。我们证明了在任意温度下，当$π/2$ -脉冲之间的延迟相等时，第一种方案不存在纠缠。在毫开尔文温度下，在$φ=π/4$的第二方案中，在脉冲序列的几个周期之后出现纠缠。所需的周期数随温度的升高而增加。我们证明了纠缠度与多脉冲序列周期数的关系。在多脉冲自旋锁定实验的第一个方案中，在不同温度下得到了量子不和谐。
2018-02-25 quant-ph
Quantum-locked key distribution at nearly the classical capacity rate
量子数据锁定是一种协议，允许使用较小的密钥来（取消）锁定呈指数级增长的大量信息，从而产生对量子环境中经典一次一密加密的最强违反。这种违反反映了量子密码学的两个安全标准之间存在的巨大差距，这两个标准由两个熵量量化：Holevo信息和可访问信息。我们表明，后者成为一个明智的安全标准，如果窃听者的量子存储器的相干时间的上限是已知的。在这种情况下，我们介绍了一个协议的秘密密钥生成通过一个无记忆量子信道。对于具有足够对称性的信道，例如d维擦除和去极化信道，该协议允许以与经典容量减去一位一样高的渐近速率生成密钥。
2014-10-20 quant-ph
Single Ion Quantum Lock-In Amplifier
我们报告的实施量子模拟的经典锁定放大器。所有锁定操作：调制，检测和混合，通过对单个捕获的Sr+离子的电子自旋状态应用非对易量子算符来执行。我们显着增加其对外部领域的敏感性，同时延长相位相干性的三个数量级，超过一秒。利用这种技术，我们测量磁场的灵敏度为25 pT/sqrt（Hz）和光位移的不确定性低于140 mHz后，1320秒的平均值。这些灵敏度受到量子投影噪声的限制，据我们所知，比其他单自旋探针技术好两个数量级以上。事实上，我们报告的灵敏度是足够的测量奇偶不守恒，以及检测的磁场的一个单一的电子自旋一微米的离子探测器与纳米分辨率。作为第一个应用程序，我们进行光移光谱的窄光学四重跃迁。最后，我们强调量子锁定技术是通用的，可以潜在地提高任何量子传感器的灵敏度。
2011-01-25 quant-ph
Photonic quantum data locking
量子数据锁定是一种量子现象，它允许我们用一个小的密钥加密一个长消息，具有信息论安全性。这与经典信息论形成鲜明对比，根据香农的说法，密钥至少需要和消息一样长。在这里，我们探索用于量子数据锁定的光子架构，其中信息以多光子状态编码，并使用多模线性光学和光电探测进行处理，目标是将初始密钥扩展为更长的密钥。%密钥消耗取决于所采用的模式和光子的数量。在无碰撞的限制，光子聚束的可能性被抑制，关键的消费被证明是对数的尺寸的系统。我们的协议可以被看作是玻色子采样的物理量子密码学的应用。实验实现具有挑战性，但采用最先进的技术是可行的，因为最近用于证明玻色子采样的技术可以适用于我们的方案（例如，物理修订版信函123，250503，2019）。
2021-04-24 quant-ph
Quantum key distribution surpassing the repeaterless rate-transmittance bound without global phase locking
量子密钥分发--基于量子物理学建立信息理论上安全的密钥--主要受到其实际性能的限制，其特征在于密钥速率对信道透射率$R(η)$的依赖性。最近，已经提出了基于单光子干涉的方案，通过克服与干涉仪绑定的点对点密钥容量来提高对$R=O(\sqrtη)$的密钥速率。不幸的是，所有这些方案都需要具有挑战性的全局相位锁定来实现稳定的长臂单光子干涉仪，其精度在数百公里长的光纤上约为100 nm。针对这一问题，提出了一种与测量设备无关的模式配对量子密钥分发方案，该方案在数据后处理过程中确定编码密钥位和基.该方案利用传统的二阶干涉，在局部相位波动较小的情况下，无需全局相位锁定，就能获得$R=O(\sqrtη)$的密钥速率。我们希望这种高性能的计划是现成的光学设备，以实现。
2022-01-30 quant-ph
Offset-locking-based frequency stabilization of external cavity diode lasers for long-distance quantum communication
长距离量子通信需要量子中继器。为了有效地耦合量子纠缠光子源与窄线宽量子存储器，我们在1514和1010 nm处进行了两个激光器的频率稳定。纠缠光子源的1514 nm泵浦光的频率稳定度为3.6 \times 10^{-12}（τ= 1 s）。波长转换系统的1010 nm泵浦激光器表现出3.4 \times 10^{-12}（τ= 1 s）的频率稳定性。两种激光器的稳定性比Pr：YSO量子存储器的4 MHz的频率宽度小大约两个数量级。这种稳频激光器可以实现量子存储器和量子中继器中纠缠光子源的远程耦合。
2021-08-30 quant-ph
Experimental mode-pairing measurement-device-independent quantum key distribution without global phase-locking
在过去的二十年中，基于电信光纤的量子密钥分发网络已经在城市和城际规模上实现。瓶颈之一在于密钥速率相对于传输距离的指数衰减。最近提出的方案主要集中在通过在两个通信方之间创建长臂单光子干涉仪来实现更长的距离。尽管它们在长通信距离上具有有利的性能，但在两个独立激光器之间进行锁相的要求在技术上具有挑战性。采用最近提出的模式配对思想，实现了无需全局锁相的高性能量子密钥分发。使用两个独立的现成的激光器，我们表现出二次键速率的改进，在大都市和城际距离的制度，传统的测量设备独立的计划。对于更长的距离，我们还通过304 km商用光纤和407 km超低损耗光纤将关键速率性能提高了三个数量级。我们期待这种即将实现的高性能方案在未来的城际量子通信网络中得到广泛应用。
2023-02-09 quant-ph
Quantum Time-Lock Puzzles in the Quantum Random Oracle Model
UCSB（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究在量子随机预言机模型中构造量子时间锁谜题，实现单轮生成、至多T轮求解，并抵御深度o(T)的量子对手，解决了2011年提出的开放问题。
2026-10-01 cs.CR quant-ph
Injection locking of quantum dot microlasers operating in the few photon regime
在腔量子电动力学（cQED）机制下，对量子点（QD）微激光器的注入锁定进行了实验和理论研究。我们观察到频率锁定和相位锁定，腔增强自发发射，使同时稳定振荡的主频率和孤立频率的从微激光器。二阶自相关函数的测量证明了这种同时存在的主辐射和从辐射，其中前者与$g^{(2)}(0)=1$具有相干特性，而后者与$g^{(2)}(0)=2$具有热特性。半经典速率方程通过腔增强的自发发射和激光模式中的低光子数解释了这种奇特的行为。
2016-11-02 physics.optics quant-ph
Phase locking of a semiconductor double quantum dot single atom maser
实验研究了半导体双量子点（DQD）单原子脉塞的注入锁定相位稳定。电压偏置DQD用作电可调谐微波频率增益介质。微波激射器输出场的统计结果表明，微波激射器可以与外腔驱动器锁相，在1.3MHz的频偏下，相位噪声为-99dBc/Hz。注入锁定范围和脉塞输出相对于注入锁定输入音调的相位与Adler的理论符合得很好。此外，电可调DQD能级结构允许我们快速地打开和关闭增益介质，导致类似于频率梳的发射光谱。自由运行频率梳线宽为~8 kHz，并且可以通过在注入锁定机制中操作梳而改善到小于1 Hz。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-Photon Quantum Key Distribution Based on Double-Lock Encryption
提出了一种基于双锁密码体制的多级多光子量子密钥分发协议。它利用了合法用户和窃听者之间检测策略的不对称性。在相干态条件下，分析了该协议在拦截重发攻击、光子数分裂攻击和中间人攻击下的安全性。发现平均光子数可以远大于1。这补充了最近对多光子量子通信协议的兴趣，该协议需要合法用户之间的预共享密钥。
2015-03-19 cs.CR quant-ph
Lock-in thermography using diamond quantum sensors
在许多研究领域中，精确测量微观区域的温度分布和热行为至关重要。我们展示了锁定在热成像使用金刚石纳米粒子中的氮空位中心。我们成功地可视化玻璃盖玻片和聚四氟乙烯的热扩散与微米分辨率，并推导出它们的热扩散率。通过将金刚石纳米颗粒散布在样品表面，可以直接测量温度变化，而无需任何物理接触，例如引线，从而可以可视化各种材料的微米级热行为。
2022-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quantum Lock: A Provable Quantum Communication Advantage
针对PUFs易受机器学习攻击的漏洞，本文提出混合锁定PUFs（HLPUFs），通过将经典PUF输出编码为非正交量子态并引入quantum lock技术，实现了可证明的安全性，同时允许服务器重用挑战-响应对进行长期客户端认证。
2023-05-12 cs.CR quant-ph
An artificial atom locked to natural atoms
在量子信息的新兴概念中，如纠缠交换、量子隐形传态和量子网络，以相同能量发射光子的单光子源起着关键作用。它们可以在各种系统中实现，其中半导体量子点或“人造原子”可以说是最有吸引力的。然而，与“自然原子”不同，没有两个人造原子是相同的。这种特性对于需要具有相同能量的光子量子态的量子信息应用是一个严重的障碍。在这里，我们展示了一个单一的人造原子，它产生的光子具有锁定在自然原子中的光学跃迁的绝对能量。此外，我们表明，我们的系统是强大的，免疫漂移和波动的环境中的发射器。我们的演示对于在任意远程位置实现大量普遍不可区分的固态系统至关重要，在这些位置，频率锁定的人造原子可能成为基本成分。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
From Low-Distortion Norm Embeddings to Explicit Uncertainty Relations and Efficient Information Locking
量子测不准关系的存在是量子通信允许时一些经典不可能的密码原语成为可能的根本原因。这些不确定性关系的一个直接操作表现是被称为信息锁定的纯量子效应。锁定方案可以被看作是一种密码协议，其中使用大小远小于n的经典密钥在量子系统中对均匀随机的n位消息进行编码。如果没有密钥，对这个量子态的任何测量都不能提取超过可忽略量的关于消息的信息，在这种情况下，消息被称为“锁定”。此外，知道密钥，就有可能恢复，即“解锁”消息。在本文中，我们通过利用L2到L1的不确定性关系和低失真嵌入之间的联系做出了以下贡献。我们引入度量不确定性关系的概念，并将其与L2到L1的低失真嵌入联系起来。度量不确定性关系也隐含着熵不确定性关系。我们证明了随机基满足不确定性关系，具有更强的定义和更好的参数比以前已知的。我们的证明也比以前的证明简单得多。我们应用这一结果表明存在的锁定方案的密钥大小独立的消息长度。我们给出了度量不确定关系的有效构造。定义这些度规不确定性关系的基可以通过几乎线性尺寸的量子线路来计算。这导致了强信息锁定方案的第一个显式构造。此外，我们提出了一个锁定方案，是接近目前的技术实现。我们应用我们的度量不确定性关系来展示进行量子平等测试的通信协议。
2013-12-06 cs.CC math.MG quant-ph
Quantum Lock-in Force Sensing using Optical Clock Doppler Velocimetry
力传感器是原子力显微镜或惯性传感\cite{RMPforce2003, Rugar2004, YazdiIEEE}等不同技术的核心。这些传感器通常依赖于在施加的力下机械振荡器的位移幅度的测量。这样的机械振荡器的例子包括微制造的杠杆\cite{YazdiIEEE}、碳纳米管\cite{NanotubeForce}以及单捕获离子\cite{Bollinger, Udem}。当力以振荡器的机械谐振频率交变时，通常实现最佳灵敏度，从而通过机械品质因数增加其响应。低于共振的低频力的测量是一项更困难的任务，因为产生的振荡幅度明显较低。在这里，我们使用单个捕获的$^{88}Sr^{+}$离子作为力传感器。离子被捕获在线性谐波阱中，并且以远低于阱共振频率的频率被电驱动。为了能够测量运动的小幅度，我们结合了两种强大的技术。力的大小由测量的原子光学钟跃迁的周期性多普勒频移确定，并且量子锁定技术用于相干地累积在不同的力半周期期间获得的相位。我们证明了力检测时的振荡力是相位同步的量子锁定序列，当它是异步和报告频率的力检测灵敏度低至$5.3\times10^{-19}\frac{\mathrm{N}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}$。
2016-02-27 physics.atom-ph quant-ph
A Cavity Load Lock Apparatus for Next-Generation Quantum Optics Experiments
腔量子电动力学（QED），研究量子发射体和光子之间的相互作用，是量子科学在计算，网络和合成物质中的重要工具。在原子腔QED中，这种方法通常依赖于超高真空室，其中容纳冷捕获原子系综和光学腔。升级谐振腔需要长达数月的费力过程，包括移除外部光学器件、通风、更换谐振腔、烘烤和更换光学器件，这构成了谐振腔设计创新的实质性瓶颈。在这项工作中，我们证明了光学腔的灵活性，以及在它们之间切换的快速周转时间，可以通过真空加载锁技术来恢复-将安装腔、烘烤腔和将其运输到科学室的周期时间减少到几天，在科学室中实现3x 10 ^（-10）Torr的压力。通过减少真空限制，这种方法对于有兴趣快速探索新型光学腔或任何其他依赖于真空光学的原子物理学的实验室来说特别强大。
2023-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
