Particle-number scaling of the phase sensitivity in realistic Bayesian twin-mode Heisenberg-limited interferometry
在Holland和Burnett [p.r.l. 71，p.1355（1993）]。我们用蒙特卡罗模拟对多达10，000个玻色子进行了模拟，结果表明，如果损失的数量级为N^-1，则非理想干涉仪的相位误差与海森堡极限成比例。更大的损失会降低缩放比例，然后缩放比例为N^-1/2，就像散粒噪声极限一样，但只要存在光子相关性，灵敏度就会保持亚散粒噪声。这些结果给出了双模干涉测量的贝叶斯检测的实际限制，并证明这是一个实验可行的方案，与Kim等人[p.r.a. 60，p.708（1999）]。
2003-12-12 quant-ph
Overcoming inefficient detection in sub-shot-noise absorption measurement and imaging
光子数压缩和相关性使测量吸收的精度超过了散粒噪声的限制。然而，基于这些方法的子散粒噪声成像和感测需要高检测效率，如果在“困难的”光谱范围中进行测量，则这可能是严重的障碍。我们表明，这个问题可以克服，通过检测前的相敏放大。在这里，我们提出了一个实验方案的子散粒噪声成像检测损失的宽容。
2018-10-18 quant-ph
High-sensitivity imaging with multi-mode twin beams
通过单通参量下转换（PDC）产生的双纠缠光束提供了检测弱吸收量的机会，相对于使用经典光源的标准技术具有改进的灵敏度。我们提出了一个差分测量方案，利用空间量子相关的II型PDC图像的弱振幅对象的灵敏度超出标准的量子限制所施加的散粒噪声。
2007-09-29 quant-ph
Compound twin beams without the need of genuine photon-number-resolving detection
研究了从大量的同卵双生光束中产生更强的多模双生光束的方案，这些光束足够弱，使得单光子灵敏的开/关探测器足以探测它们。分析了强度高达数百个光子对的非经典双光束的统计特性。它们的性质进行了比较，真正的孪生光束，需要在他们的实验研究中的光子数分辨探测器。分析了利用这种复合双光束产生亚泊松光和测量亚散粒噪声精度的吸收。本文提出了一个适用于双光束复合的理论模型来解释实验数据。
2021-08-27 quant-ph
Experimental joint signal-idler quasi-distributions and photon-number statistics for mesoscopic twin beams
最近测量了每模含有几十个光子的孪生光束的信号-闲频光电子联合分布。利用先前发展的参量下转换中联合准分布的微观量子理论，我们利用实验数据描述了孪生光束的准分布特性。负值以及振荡行为的量子区域的特征，随后确定的联合信号空闲的准分布的集成强度。此外，条件和差异光子数分布被证明是子泊松和子散粒噪声，分别。
2007-08-16 quant-ph
Conditional preparation of a quantum state in the continuous variable regime: generation of a sub-Poissonian state from twin beams
我们报告的第一个实验演示的非经典光态的连续变量制度的条件准备。从产生阈值以上量子强度相关信号和闲频“孪生光束”的非简并OPO出发，仅当闲频落在比其标准偏差窄的值的带内时，我们才保持信号强度的记录值。通过这种非常简单的技术，我们产生一个亚泊松态4.4dB以下的散粒噪声从双光束表现出7.5dB的噪声减少的强度差。
2003-10-07 quant-ph
Broadband squeezing of quantum noise in a Michelson interferometer with Twin-Signal-Recycling
双信号回收（TSR）建立在两个光耦合腔的谐振偶极子的基础上，有效地提高了干涉仪在特定信号频率下的灵敏度。我们报道了双信号循环迈克耳孙干涉仪的首次实验实现及其压缩光注入的宽带增强。整个装置被稳定地锁定，并且证明了干涉仪散粒噪声的宽带量子噪声降低高达4dB。该系统的特点是通过测量其量子噪声谱的几个调谐的TSR腔。我们发现实验结果和数值模拟之间的良好协议。
2010-05-25 quant-ph
Experimental Quantum Imaging exploiting multi-mode spatial correlation of twin beams
量子态的性质揭示了从量子信息到量子成像的新的和革命性的技术。这最后一个领域的目的是克服经典成像的限制，利用特定的量子态的光。最有趣的方案之一是利用双光束之间的空间量子相关性实现弱吸收物体的子散粒噪声成像，理想地实现无噪声成像。在这里，我们详细讨论了该方案的实验实现，显示其能力，以达到一个更大的信噪比相对于经典的成像方法，因此，它的兴趣，为未来的实际应用。
2010-06-30 quant-ph
Quantum-enhanced absorption spectroscopy
吸收光谱法通常用于分析化学和生物样品。对于吸收光谱学的最新技术，由于激光辐射中光子数的基本泊松分布，理论上精度受到散粒噪声的限制。实际上，只有当所有其他噪声源都被消除时，才能达到散粒噪声极限。在这里，我们使用波长相关和可调谐的光子对来演示子散粒噪声吸收光谱。我们测量光谱相似的生物样品-氧合血红蛋白和碳氧血红蛋白-的吸收光谱，并表明，获得给定的分辨率精度需要更少的预告单探针光子相比，使用理想的激光。
2015-08-04 quant-ph
Improved Single-Shot Qubit Readout Using Twin RF-SET Charge Correlations
本文提出利用twin SET电荷相关性增强SiMOS 4点阵列中量子比特读出保真度，使电荷读出错误率降低一个数量级以上，并证明更快调制频率可减少自旋到电荷转换错误，为大规模量子比特阵列提供高保真读出方案。
2023-07-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Twin matter waves for interferometry beyond the classical limit
原子集成干涉仪是现代精密计量的重要组成部分。然而，这些干涉仪从根本上受到散粒噪声极限的限制，这只能通过在原子之间产生量子纠缠来克服。我们使用自旋动力学玻色-爱因斯坦凝聚体，以创建高达$10^4$对相关原子的干涉灵敏度超过散粒噪声限制$-1.61^{+0.98}_{-1.1}$ dB的大型合奏。我们的原理证明结果为新一代原子干涉仪指明了方向。
2012-04-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Scheme for single-shot frequency comb absorption sensing on chip
频率梳吸收光谱与低噪声、快速零差测量相结合，为超灵敏吸收测量提供了一个工具箱。将这些方案集成到光子平台上，使其更接近实际应用是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个方案，可以很容易地适应光子平台。我们表明，每个频率梳齿可以独立采样，梳的跨度可以定制，并且我们的方法不需要仔细对准梳中心与任何吸收曲线。这允许不对称的吸收轮廓被完全重建，而不需要额外的组件。
2023-03-17 physics.optics quant-ph
Role of the phase-matching condition in non-degenerate four-wave mixing in hot vapors for the generation of squeezed states of light
热原子蒸气中的非简并前向四波混频已经显示出在双光束之间产生强量子相关性[McCormick等人，Opt.Lett. 32，178（2007）]，在最小化通过吸收的损失的配置中。在本文中，我们期待在非线性过程的效率和双光束的吸收之间发生的权衡的相位匹配条件的作用。为此，我们开发了一个半经典模型，通过推导相关的双λ配置中的原子极化率，并通过求解经典传播的双光束场的参数接近那些在典型的实验中发现的。这些理论结果证实了一个简单的实验研究的非线性增益所经历的孪生光束作为一个功能的相位失配。该模型表明，相位失配的量是关键的实现的物理条件，在该条件下，双光束的吸收被最小化，而双光束之间的交叉耦合保持在产生强量子相关所需的水平。当四波混频过程不完全相位匹配时，达到最佳。
2013-03-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Towards a Digital Twin of Noisy Quantum Computers: Calibration-Driven Emulation of Transmon Qubits
本文提出利用硬件校准与基准电路提取参数化误差模型，构建超导 transmon 量子比特器件的数字孪生，并在 5 量子比特 QPU 上以 0.15 的平均总变差距离验证其预测能力。
2025-09-01 quant-ph
An all-fiber source of pulsed twin beams at telecom band for quantum communication
为了实现远距离量子通信中的非经典光源，我们首次利用高增益光纤参量放大器实现了1550 nm波段的双光束脉冲光源。双光束的强度差的噪声低于散粒噪声极限3.1dB（在损失校正之后为10.4dB）。一项详细的研究揭示了一些限制因素，以提高降噪效果。因此，一旦注意这些限制因素，进一步降低噪音将是可行的。
2012-09-06 physics.optics quant-ph
Relative-intensity squeezing of high-order harmonic "twin beams"
本文提出一种全光强场方案，通过高次谐波产生相对强度压缩的“孪生光束”，覆盖广泛光子能量，为强场非经典XUV光源和高精度光谱学工具的发展铺路。
2023-11-17 physics.optics quant-ph
Coherence-assisted single-shot cooling by quantum absorption refrigerators
近年来，热力学向量子领域的扩展受到了广泛的关注。当前研究的一个主要目标是找到可以通过量子力学效应增强的热力学任务。考虑到这一目标，我们探索了由三个量子位组成的吸收式制冷机的有限时间动力学。这种有限时间冷却的目的是尽可能快地达到低温，随后提取冷粒子以将其用于信息处理目的。我们表明，量子动力学固有的相干振荡可以被利用来达到比稳态更冷的温度，其数量级更少，从而提供了一个快速的低熵量子比特源。这种效应表明，量子热机可以超越经典热机，让人想起其他领域的量子优势，并适用于广泛的技术重要场景。
2015-12-09 quant-ph
Sub-shot-noise heterodyne polarimetry
我们报告的外差偏振旋转测量的实验演示与本底4.8分贝以下的光学散粒噪声，通过使用经典的相位锁定的量子孪生光束发出的阈值以上的超稳定II型Na：KTP连续光参量振荡器。我们相信这是迄今为止在光学相位差测量上实现的最大噪声降低。
2004-08-19 physics.optics quant-ph
Twin beam quantum-enhanced correlated interferometry for testing fundamental physics
量子精密测量涉及提高仪器的分辨率，否则会受到散粒噪声的限制，因此它是实现科学突破的有希望的途径。当量子增强与几个设备之间的相关技术相结合时，这种优势可能更加引人注目。在这里，我们提出并实现了一个相关干涉方案，利用两个独立的干涉仪中注入的二分量子相关态。该方案在检测两个设备之间可能相关/不相关的微弱信号方面优于经典类似物。我们还比较了它的灵敏度与获得的一对两个独立的压缩模式，每个解决一个干涉仪，用于检测相关的随机信号在MHz频带。作为更简单的解决方案，它最终可能会应用于基础物理测试，例如，寻找普朗克尺度理论预测的效应。
2020-06-23 quant-ph
Observation of Spatial Quantum Correlations in the Macroscopic Regime
横向自由度的空间量子关联有望通过并行量子信息编码提高光学分辨率、图像检测和量子通信。特别地，在Single Shot中观察这些空间量子相关性的能力将使得能够在需要实时成像的应用中实现这种增强，例如粒子跟踪和原子系统的原位成像。在这里，我们报告的测量在远场显示空间量子相关性的明亮的双光束与$10^8$光子在1~ $μ$ s脉冲使用电子倍增电荷耦合器件相机的单一图像。利用热铷原子中的四波混频过程产生窄带明亮脉冲双光束。由于这一过程中的动量守恒，双光束之间存在动量关联，从而在远场产生空间量子关联。相对于散粒噪声极限，我们显示了约2~dB的空间量子噪声降低。在脉冲双光束中，光子总数的大范围内存在空间压缩。
2017-05-03 physics.optics quant-ph
Realisation of the first sub shot noise wide field microscope
在过去的几年里，一些原理实验证明了量子技术相对于经典方案的优势。目前的挑战是超越原理论证的限制，以接近实际应用。这封信介绍了量子增强成像领域的一项成就。特别是，我们描述了一个亚散粒噪声宽视场显微镜的实现基于空间多模非经典光子数关联的双光束。该显微镜可在全分辨率下产生8000像素的实时图像，视场为（500微米）2，噪声降低到散粒噪声水平的80%（对于每个像素），适用于复杂结构的吸收成像。通过快速的后处理，特别是应用量子增强中值滤波器，可以通过设置与分辨率的折衷来进一步降低噪声（小于散粒噪声水平的30%），从而证明在吸收显微镜中实现的每个入射光子的最佳灵敏度。
2016-12-19 quant-ph
Experimental realization of sub-shot-noise quantum imaging
量子态的性质揭示了从量子信息到量子精密测量的新技术。其中，量子成像是最近的研究领域，致力于通过利用光的量子态的空间特性来克服经典成像的限制。特别是双光束之间的量子相关性代表了这些研究的基本资源。最有趣的方案之一是利用参数下转换光束之间的空间量子相关性来实现弱吸收物体的子散粒噪声成像，理想地导致无噪声成像。在这里，我们提出了第一个实验实现这个计划，显示其能力，以达到一个更大的信噪比（SNR）相对于经典的成像方法。这项工作代表了这种量子技术的起点，它可以有相关的应用，特别是当需要低光子通量照明时（例如，某些生物样品）。
2010-04-08 quant-ph
Multi-mode theory of pulsed twin beams generation using a high gain fiber optical parametric amplifier
利用多频模式下的Bogoliubov变换描述非简并信号光和闲频光孪生光束的演化过程，从理论上研究了脉冲泵浦高增益光纤参量放大器（FOPA）的量子噪声特性。结果表明，FOPA的噪声系数一般大于3 dB量子极限，除非联合谱函数是可因式分解的，且输入信号的谱与信号频带内的增益谱匹配良好。然而，强度差噪声的双光束，这弱依赖于联合光谱函数，可以显着小于散粒噪声限制时，泵浦和输入信号的时间模式是适当匹配的。此外，为了更接近实际的实验条件，通过考虑各种实验缺陷，数值研究了宽带FOPA产生的孪生光束的量子噪声。本文的研究不仅有助于研制紧凑型双光束光纤光源，而且有助于理解光纤通信系统中脉冲泵浦FOPA的量子噪声极限。
2013-04-28 physics.optics quant-ph
Two-Photon Absorption Spectroscopy using Intense Phase-Chirped Entangled Beams
我们数值分析使用强纠缠双光束的超灵敏光谱测量化学和生物系统。检查计划利用强烈的频率调制（啁啾）纠缠光束成功地提取信息的中间材料状态，有助于吸收介质的双光子激发。所提出的方法的鲁棒性检查相对于所施加的频率啁啾的间隔。
2018-05-15 physics.atom-ph quant-ph
Sub-shot-noise interferometry with two-mode quantum states
该研究针对不完美探测器下的亚散粒噪声干涉测量问题，基于双Fock态与双模压缩真空态推导相位不确定度解析公式，证明损耗低于阈值且相位接近最优值时可突破标准量子极限，并提供了可在线获取的Python工具包。
2024-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Photon-number distributions of twin beams generated in spontaneous parametric down-conversion and measured by an intensified CCD camera
描述了用增强型CCD相机测量自发参量下转换光子对所组成的光场的光子数统计。最终的量子探测效率，电子噪声，有限数量的探测器像素，横向强度的空间分布的检测光束，以及从一对单光子的损失被考虑在一个发达的一般理论的光子数检测。利用单光子探测灵敏度的iCCD相机提供的测量数据，对理论进行了分析。采用基于极大似然原理的重建方法，恢复了信号-闲频光子数联合分布。讨论了该方法的适用范围。重建的联合信号闲频光子数分布进行了比较，通过一种方法，使用叠加的信号和噪声，并最小化光电子熵。重建场的统计被确定为多模高斯分布。测量以及重建的联合信号闲频光子数分布的元素违反经典的不等式。子散粒噪声的相关性的信号和空闲光子数的差异，以及部分抑制的奇数元素的信号和空闲光子数的总和的分布观察。
2012-02-07 quant-ph
Quantum-enhanced weak absorption estimation with correlated photons
针对传统吸收光谱在弱吸收估计中受散粒噪声局限的问题，提出关联光子开关测量策略，可单光子水平估计弱吸收且噪声环境下精度媲美传统1000光子方案，为脆弱系统弱吸收探测提供光损伤规避新方法。
2025-04-16 quant-ph
Photon shot noise
本文评述了相干辐射在随机介质中传播的散粒噪声的最新理论。法诺因子P/I（噪声功率与平均传输电流之比）与介质的散射矩阵有关。这是Buttiker电子散粒噪声散粒噪声公式的光学模拟。散射本身对Fano因子没有影响，它仍然等于1（对于泊松过程）。吸收和放大都增加了泊松值以上的法诺因子。对于强吸收，P/I具有1+3f/2的普遍极限，其中f是入射辐射频率处的玻色-爱因斯坦函数。这是扩散导体中电子散粒噪声三分之一降低因子的光学模拟。在放大情况下，法诺因子在激光阈值处发散，而信噪比I^2/P达到一个有限的、普遍的极限。
1999-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nitrogen-Vacancy Ensemble Magnetometry Based on Pump Absorption
我们证明了磁场传感使用的氮空位中心的合奏记录的变化，由于总的基态人口的自旋极化的泵浦光吸收。使用532 nm泵浦激光，我们测量了放置在谐振光学腔中的化学气相沉积金刚石中的天然氮空位中心的吸收。当激光泵浦功率为0.4 W，腔体精细度为45时，获得了$\sim$ 100 nT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$的噪声基底，带宽可达125 Hz。通过优化氮空位浓度和探测方法，我们设计了一种光子散粒噪声限制的灵敏度$\sim$ 1 pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$。
2017-12-14 quant-ph
Super-Resolution at the Shot-Noise Limit with Coherent States and Photon-Number-Resolving Detectors
最近，人们对量子光学干涉术在计量学、亚波长成像和遥感（诸如量子激光雷达（LADAR））中的应用产生了很大兴趣。对于量子激光雷达，大气吸收迅速降低任何量子态的光，因此，对于高光子损失的最佳策略是传输相干态的光，这不会遭受比经典光学衰减的比尔定律更差的损失，并提供在散粒噪声极限的灵敏度。这种方法留下开放的问题-什么是最佳的检测方案，为这些国家，以提供最好的解决方案？我们表明，相干光耦合光子数分辨探测器可以提供远低于瑞利衍射极限的超分辨率，灵敏度不差于散粒噪声的检测光子功率。
2009-07-14 quant-ph
Experimental Implementation of the Quantum Volunteer's Dilemma on NISQ Hardware: Noise Analysis and Digital-Twin Validation
Universidad del Cauca（考卡大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局）；Singapore Management University（新加坡管理大学）
在NISQ硬件上实验实现了多人量子志愿者困境，通过噪声分析和数字孪生验证，展示了聚合量子优势在多人博弈中的鲁棒性。
2026-05-29 quant-ph
Toward real-time quantum imaging with a single pixel camera
通过测量铷蒸气中四波混频产生的多空间模孪生光束的逐帧量子噪声降低，我们提出了一个实时量子成像研究的工作台。利用这种压缩光源的多个空间模式，我们利用空间光调制器来选择性地将来自每个双光束的量子相关模式的宏像素传递到高量子效率的平衡检测器。在微光成像应用中，用单像素相机测量各个空间模式和空间模式的宏像素之间的量子相关性的能力将促进具有低于光子散粒噪声极限的灵敏度的压缩量子成像。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
Scheme for sub-shot-noise transmission measurement using a time multiplexed single-photon source
光学量子精密测量的一个有希望的结果是在透射或吸收测量中实现亚散粒噪声性能的能力。这是由于量子光束的光强度的不确定性相对于经典光束显着较低。在这项工作中，我们模拟的实验结果，使用多路复用的单光子源的基础上对连续自发参量下转换（SPDC），其次是时间复用设置与二进制时间分割策略，考虑几种类型的实验损失。对于这样的源，输出信号的亚泊松统计是实现亚散粒噪声性能的关键。我们比较的数值结果与两个典型的限制：散粒噪声限制（使用相干源实现）和量子限制（获得一个理想的光子数Fock状态作为输入源）。我们还研究了阈值探测器可以使用的条件，以及输入光波动对测量误差的影响。结果表明，子散粒噪声性能可以实现，即使不使用数分辨检测器，改善因子的范围从1.5到2。这种技术将允许使用超低光强度和最小的生物或其他易碎样品的破坏，以合理的不确定性测量样品的光吸收。
2020-12-03 physics.optics quant-ph
Temperature-Bias Noise and Quantum Shot Noise as Probes of Pairing Symmetry in Iron Pnictides
School of Physical Sciences, National Institute of Science Education and Research（国家科学教育与研究大学物理科学学院）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
通过研究正常金属-绝缘体-铁基超导体结中的热电电压、塞贝克系数、量子散粒噪声和$Δ_T$噪声，发现$Δ_T$噪声在$S_{++}$配对对称性下呈现双峰结构，而在$S_{+-}$配对对称性下呈现单峰结构，从而有效区分两种配对对称性。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-ph
Quantum Squeezing Enhanced Photothermal Microscopy
Zhejiang University（浙江大学）；Texas A&M Univerisy（德克萨斯农工大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
SEPT显微镜利用量子压缩技术实现超灵敏分子吸收成像，突破传统Shot噪声限制，提升成像效率并拓展生物医学应用。
2026-01-28 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Continuous quantum measurement with independent detector cross-correlations
我们研究了使用两个独立的线性探测器进行连续量子测量的优点。对于单次量子测量，如果探测器是孪生的，则测量是最有效的。对于弱连续测量，互相关允许违反检测器的信噪比的Korotkov-Averin界。消失的噪声背景提供了一个非平凡的测试理想的独立量子探测器。我们进一步研究了非对易算子的相关性，并考虑了屏蔽库仑相互作用耦合介观导体的独立检测器模型的可能偏差。
2005-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Broadband magnetometry by infrared-absorption detection of nitrogen-vacancy ensembles in diamond
我们证明了磁力检测的自旋状态的高密度氮空位系综在金刚石中使用在1042 nm的光吸收。利用这种技术，测量对比度和收集效率可以接近统一，从而与更常见的收集红色荧光的方法相比，提高了磁灵敏度。在75 K下工作，传感器的有效体积为$50 \times 50 \times 300$ μ m ^[3]，我们设计的光子散粒噪声极限灵敏度为1秒采集5 pT，带宽从直流到几兆赫。在梯度计配置中运行，在一秒的采集时间内，在~110 Hz下产生7 nTrms的本底噪声。
2010-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
