Polarization-sensitive quantum-optical coherence tomography
我们提出了一种偏振敏感的量子光学相干断层扫描(PS-QOCT)技术,提供轴向光学切片与偏振敏感的能力。该技术提供了一种用于确定关于各向同性反射表面之间的光程长度、来自每个界面的反射率的相对大小、填隙材料的双折射以及样品的光轴的取向的信息的手段。PS-QOCT不受样本色散的影响,因此允许在比通过普通光学相干断层扫描可获得的深度更大的深度进行测量。我们还提供了一个通用的琼斯矩阵理论分析PS-QOCT系统,并概述了进行这种测量的实验程序。
2004-01-28 quant-ph
Homodyne tomography characterization and nonlocality of a dual-mode optical qubit
利用量子零差层析技术,研究了单光子在两个光学模上的离域特性。重建的四维密度矩阵在整个希尔伯特空间上延伸,从而首次揭示了作为电磁场状态的双轨光量子比特的完整信息。实验数据违反了贝尔不等式,尽管有一个类似于光子计数实验中的检测漏洞的漏洞。
2004-03-16 quant-ph
Quantum Process Tomography on Vibrational States of Atoms in an Optical Lattice
量子过程层析成像是用来充分表征原子的量子振动态的演化。铷原子被囚禁在一个只支持两个振动态的浅光晶格中,我们通过重构2 × 2密度矩阵来表征。对一组完整的输入重复这个过程,使我们能够完全表征系统的固有退相干和谐振耦合。
2003-12-29 quant-ph
Neural-network quantum state tomography
我们重新审视了神经网络技术在量子态层析成像中的应用。我们确认,正性约束可以成功地实现与训练的网络,从标准的前馈神经网络的输出转换到有效的描述量子态。任何标准的神经网络架构都可以用我们的方法来适应。我们的研究结果为在各种类型的噪声下使用最先进的深度学习方法进行量子态重建提供了可能性。
2022-06-14 quant-ph
Optical tomography of Fock state superpositions
我们认为光子Fock态叠加的光学层析与最近的实验成果。重点放在这样一个事实上,它足以表示作为实验的主要结果的测量断层图像。我们提出了一个检验实验数据正确性的方法。给出了Fock态叠加光学层析图的厄米多项式表达式。考虑了真空和低光子数态叠加的特殊情况,研究了热噪声对态纯度的影响。
2011-02-14 quant-ph
Distortions produced in optical homodyne tomography
分析了常用于确定量子光学态的Wigner函数的零差层析过程,考虑了时空自由度的影响。零差层析成像过程通过追踪那些自由度来去除与本地振荡器的模式不相关联的输入状态的那些部分。使用一个功能的方法,将所有的时空自由度,我们发现,这种减少的自由度引入所观察到的维格纳函数的失真。分析还示出了零差层析成像过程如何引入取决于本地振荡器的强度的分辨率。作为例子,我们考虑相干态、Fock态和压缩真空态。
2022-05-06 quant-ph
Eigenstate extraction with neural-network tomography
我们讨论了量子态层析成像通过逐步重建的本征态的混合态在实验中产生的。我们的方法是针对实验相关类的近纯态或简单的混合态,表现出主导的本征态,从而借给自己的低秩近似。该方案适用于任何纯态层析成像方法,将其推广到混合态层析成像。在这里,我们用基于量子态的神经网络表示的机器学习启发的纯态断层扫描来证明它。后者已被证明可以有效地近似大型量子系统的复杂(纯)态的通用类。我们测试我们的方法,将其应用到实验数据与四到八个量子比特的捕获离子实验。
2020-09-01 quant-ph
"Quantum-optical coherence tomography" with classical light
量子光学相干断层扫描(Q-OCT)是一种轴向成像的干涉技术,与传统方法相比具有几个优点。啁啾脉冲干涉(CPI)最近被证明表现出所有的好处,量子干涉仪的Q-OCT的基础上。在这里,我们使用CPI来测量轴向干涉图,以描绘样品,从而获得Q-OCT的重要优势,包括自动色散消除,但具有1000万倍的信号。我们的技术解决了伪影问题,在Q-OCT和突出的权力,经典的相关性在光学成像。
2009-09-04 quant-ph
Optical Coherence Tomography with a nonlinear interferometer in the high parametric gain regime
我们演示了基于SU(1,1)非线性干涉仪的高增益参量下转换光学相干层析成像。对于成像和传感应用,该方案有望优于以前在低参数增益下工作的实验,因为较高的光子通量提供较低的积分时间以获得高质量的图像。通过这种方式,可以避免使用具有非常高灵敏度的单光子探测器或CCD相机,而可以使用标准光谱仪。其他优点是:对检测前的小损耗和放大具有更高的灵敏度,使得检测到的光功率大大超过探测光功率。
2020-08-28 quant-ph
Local-measurement-based quantum state tomography via neural networks
量子态层析成像是实验量子计算的一个艰巨挑战,即使在中等规模的系统。提高状态层析成像效率的一种方法是通过对约化的密度矩阵的局部测量,但是此后的完整状态的重建是困难的。在这里,我们提出了一种机器学习方法来从其本地信息中恢复完整的量子态,其中构建了一个完全连接的神经网络来完成多达7个量子位的任务。特别地,我们用一个实际的数据集测试了神经网络模型,在一个4-qubit核磁共振系统中,我们的方法通过2-本地信息以高精度产生全局状态。我们的工作为大型量子系统中的可扩展状态层析成像铺平了道路。
2019-01-11 quant-ph
Experimental Quantum State Tomography of Optical Fields and Ultrafast Statistical Sampling
本文综述了光场量子态测量的实验工作和相关的理论背景。本文介绍了光学零差层析成像的基本技术,着重讨论了平衡零差探测在这一过程中所起的作用。我们讨论了一些原始的单模压缩态测量以及最近的发展,包括:其他场态,多模测量,阵列检测,和其他新的零差方案。我们还讨论了状态测量技术的应用领域的科学和技术的重要性-时间分辨光子统计的超快采样。
2017-07-12 quant-ph
Experimental demonstration of quantum state tomography and qubit-qubit interactions for rare-earth-ion based solid state qubits
我们报告的实施量子态层析的合奏的Eu $^{3+}$掺杂离子的\YSO晶体。断层扫描应用于基于离子的光学跃迁之一的量子位。使用光脉冲操纵量子比特,并通过以相敏方式观察光学自由感应来进行测量。对于组合的制备和测量过程,实现了$>90$ %的保真度。离子之间的相互作用,由于在离子的永久电偶极矩的变化时,光学激发也进行了测量。根据这些结果,讨论了使用该系统进行多量子比特量子计算的能力。
2004-01-20 quant-ph
Scheme for coherent-state quantum process tomography via normally-ordered moments
在光量子过程层析成像中使用相干态是一种实用的方法。在这里,我们开发了一个框架,通过使用相干态作为探针的正常有序矩的量子光学过程的完整表征。我们导出了几种光学过程的超算符张量。我们还表明,我们的技术可以用来确定量子光学状态和过程的非经典特性。此外,我们研究了多模高斯过程的识别,并表明所需的探测相干态的数量与模式的数量呈线性关系。
2017-04-10 quant-ph
Optical homodyne tomography with polynomial series expansion
我们提出并证明了一种基于逆Radon变换的光学零差层析成像方法。与通常的滤波反投影算法不同,该方法采用适当的多项式级数展开Wigner函数和边缘分布,并离散化傅立叶空间。我们表明,这种技术解决了大多数技术困难,遇到的核反卷积为基础的方法和重建整体更好,更平滑的维格纳函数。我们还给出了这两种方法的重建误差的估计,并显示了噪声处理性能和统计误差的弹性的改善。
2011-11-11 quant-ph
Efficient tomography of quantum-optical Gaussian processes probed with a few coherent states
任意量子光学过程(通道)可以通过使用最近开发的相干态量子过程层析成像(QPT)用相干态探测它来完全表征[Lobino等人,Science 322,563(2008)]。一般来说,精确的QPT是可能的,如果一组无限的探头是可用的。因此,由于相干态的有限实验可行集及其相关的能量截止近似,无限维系统的现实QPT是近似的。我们用明确的公式证明了,人们可以完全确定一个量子光学高斯过程,只需几个不同的相干态,而不需要像能量截止这样的近似。对于多模过程的层析成像,与现有方法相比,我们的方法以指数方式减少了不同测试状态的数量。
2013-08-08 quant-ph
Quantum optical coherence tomography with dispersion cancellation
我们提出了一种新的技术,称为量子光学相干层析成像(QOCT),进行层析测量与色散取消的分辨率。该技术也可以用来提取介质的频率依赖的折射率。QOCT利用双光子干涉仪,其中扫描延迟允许追踪符合干涉图。该技术与经典的光学相干断层扫描(OCT)相似。然而,它利用了一个非经典的纠缠双光子光源,允许测量的深度大于那些通过OCT,这遭受样品分散的有害影响。除了色散抵消之外,QOCT还提供比OCT更高的灵敏度,以及对于相同的源带宽,分辨率提高2倍。使用理想化样本比较QOCT和OCT。
2001-11-26 quant-ph
Tomography of a displacement photon counter for discrimination of single-rail optical qubits
研究了光相干通信中的一种有效工具--Kennedy接收机对光子量子比特单轨编码中$\hatσ_x$本征态对应的真空态和单光子态的量子态鉴别性能.我们的实验特征肯尼迪接收器在真空单光子二维空间使用量子探测器层析成像和评估可实现的歧视误差概率从重建的测量算子。此外,我们推导出高斯变换和零差检测可获得的最小错误率。我们的原理证明实验表明,肯尼迪接收机可以实现超过零差检测的鉴别误差。
2018-04-18 quant-ph
Quantum process tomography of linear and quadratically nonlinear optical systems
描述量子过程是量子信息处理的中心任务。在光学量子信息处理领域,这相当于表征模式产生和湮灭算子的变换。这种变换对于线性光学系统是酉的,而对于具有在模式算子中是二次的哈密顿算子的系统,这些变换产生了众所周知的Bogoliubov变换。在本文中,我们表明,修改后的马赫-曾德尔干涉仪可以表征这两种多模系统的演变。虽然它足以使用相干态的线性光学系统的特性,我们还需要单光子来表征二次非线性光学系统。
2018-07-11 quant-ph
Relation between Optical Fresnel transformation and quantum tomography in two-mode entangled case
类似的精神,以先前的工作[选择。282(2009)3734]揭示了光学菲涅耳变换与量子层析成像之间的关系,我们在双模纠缠情况下研究了这种关系。我们证明了在双模菲涅耳变换下,|eta><eta|成为密度算符F_2| eta><eta| F_2 ^{dag}=| eta>_{r,s}<eta|其中F_2是量子光学中的一个双模菲涅耳算符,s,r是(A,B,C,D)的复值表达式。因此,菲涅耳正交相位的概率分布是{层析成像(双模维格纳函数的Radon变换),相应地,|phi>=<eta| F_2{d}| phi>。同样,我们发现一个类似的结论在“频率”域。
2009-11-09 quant-ph
Phase-conjugate optical coherence tomography
量子光学相干断层扫描(Q-OCT)提供了一个因素的两个轴向分辨率的改善和偶数阶色散抵消的优势,当它与传统的OCT(C-OCT)相比。这些特点已被归因于非经典性质的双光子状态中使用的前者,而不是在后者中使用的经典状态。相位共轭OCT(PC-OCT),这里介绍,表明非经典光是不必要的收获Q-OCT的优点。PC-OCT使用具有相敏互相关的经典状态的信号和参考光束以及相位共轭来实现Q-OCT的轴向分辨率和偶数阶色散消除,其信噪比可以与C-OCT的信噪比相媲美。
2006-07-18 quant-ph
Bootstrapping Classical Shadows for Neural Quantum State Tomography
研究提出使用自回归神经量子态作为经典阴影层析的拟设,通过新的交叉熵损失估计器和重要性采样策略,克服传统方法在预测高权重和非线性可观测对象时的弱点,实现GHZ态稳定重构和混合态纯化。
2024-08-21 quant-ph
Quantum tomography as a tool for the characterization of optical devices
我们描述了一种新的工具,用于光学器件的量子表征。实验设置涉及一个稳定的参考状态,经历了一个未知的量子变换,然后通过平衡零差检测揭示。通过对零差数据的层析分析,我们能够表征信号并估计相互作用的参数,例如光学元件的损耗或放大器的增益。我们目前的相干信号的实验结果,应用于简单的光学元件引入的损失估计,并显示这些结果可以扩展到更一般的光学器件的表征。
2001-10-18 quant-ph
Neural Network Enhanced Single-Photon Fock State Tomography
本文提出神经网络增强的单光子Fock态层析方法,通过平衡零差探测和直方图架构直接估计Wigner函数负值性等参数,实现对光子数分布的快速、鲁棒和精确表征。
2024-05-05 quant-ph
Universal compressive tomography in the time-frequency domain
我们实现了一个压缩量子态层析成像能够重建任何任意的低秩光谱时间的光信号与极少数的测量设置,没有任何\emph{ad hoc}假设的最初未知的信号。这是用量子脉冲门来实现的,量子脉冲门是一种灵活地实现投影到任意用户指定的光学模式上的设备。我们提出了结论性的实验结果的时间脉冲模式和频率箱,这展示了我们的随机压缩方法的多功能性,从而引入一个通用的光学重建框架,这些平台。
2021-05-26 quant-ph
Neural network state estimation for full quantum state tomography
Nanjing University(南京大学)
提出了一种基于机器学习技术的全量子态层析成像(WST)的有效状态估计模型-神经网络估计(NNE)。采用基于神经网络的参数化函数将测量结果映射到估计的量子态。参数更新与监督学习程序。从计算复杂度的角度来看,我们的算法是现有的全量子态层析成像状态估计算法中最有效的一种。我们进行数值测试,以证明我们的模型的准确性和可扩展性。
2018-11-19 cs.AI quant-ph
Blind dispersion compensation for optical coherence tomography
我们提出了一种数值方法,用于补偿色散效应的光学相干层析成像,不需要先验知识的色散特性的样品。该方法是基于广义自卷积函数,其工作原理可以直观地可视化使用Wigner分布函数形式主义。
2004-04-09 physics.med-ph physics.optics quant-ph
Optical Phase-Space-Time-Frequency Tomography
提出了一种新的构造光波场光学相位-空间-时间-频率层析成像(OPSTFT)的方法。这种层析成像可以通过使用一种新的四窗口光学成像系统的基础上,两个本振场平衡外差检测。OPSTFT是两个独立傅立叶变换对的维格纳分布函数,即,相空间和时间频率。从理论和实验上看,它可以提供空间光场的位置、动量、时间和频率等信息,其精度超过了不确定原理。我们模拟OPSTFT的光场遮蔽的电线和单线吸收过滤器。我们相信,四窗口系统可以提供量子图像处理和生物光子学的波场的空间和时间特性。
2011-02-04 physics.optics quant-ph
Quantum Process Tomography of an Optically-Controlled Kerr Non-linearity
任何光学量子信息处理机都将包括用于单态操纵和涉及多个量子光学状态之间的相互作用的任务的完全表征的组成设备。对于后者,理想的是一种能够确定性光学相移的装置,该装置对输入量子态进行操作,其作用仅由辅助信号场介导。在这里,我们提出了完整的实验表征系统设计的光控相移作用于单光子探测相干态。我们的设置是基于一个温暖的蒸汽的铷原子的电磁诱导透明的条件下,通过使用光触发的N型克尔非线性修改其色散特性。我们通过发送一组输入探测态并通过平衡零差层析成像测量相应的输出,随后执行相干态量子过程层析成像技术,充分表征了我们设备的性能。这种方法为我们提供了精确的知识,我们的光学相移将如何修改任何任意输入的量子态重建模式中设计的。
2015-05-14 physics.atom-ph quant-ph
Cross-correlation scheme for quantum optical coherence tomography based on Michelson interferometer
本文提出基于迈克尔逊干涉仪的交叉相关方案,用于改进量子光学相干断层扫描,解决自相关方案中的寄生项和相位噪声问题,提升实际应用潜力。
2025-12-11 physics.optics quant-ph
Mapping coherence in measurement via full quantum tomography of a hybrid optical detector
量子态和量子测量表现出波动性-连续性或粒子性-离散性。混合离散-连续光子系统是研究基本量子现象、产生宏观态叠加的关键,并形成量子增强应用的必要资源,例如纠缠蒸馏和量子计算,以及高效的光通信。实现这些混合系统的全部潜力,需要量子光学测量敏感的互补观测,如场正交振幅和光子数。然而,这两个区域之间的光学检测器插值的实际性能的透彻理解是缺乏的。在这里,我们报告的实施全量子探测器层析成像,使表征的同时波和光子数的量子光学探测器的灵敏度。这产生了最大的参数化迄今在量子断层扫描实验,需要开发新的理论工具。我们的结果揭示了相干性在量子测量中的作用,并证明了混合量子光探测器的可调谐性。
2012-04-09 physics.optics quant-ph
Frequency-domain optical coherence tomography with undetected mid-infrared photons
中红外线的散射远小于较短的波长,从而允许大大增强光学成像技术(例如光学相干断层扫描(OCT))的穿透深度。然而,中红外的检测和宽带光源在技术上都具有挑战性。在非线性干涉仪中干涉纠缠光子使得能够利用未检测到的光子进行感测,从而使中红外源和检测器过时。在这里,我们实现了中红外频域OCT基于超宽带纠缠光子对。我们展示了10 $μ$ m轴向和20 $μ$ m横向分辨率的2D和3D成像的强散射陶瓷和油漆样品。与$10^6$相比,对于相同量的探测光,噪声降低了一倍,并且还大大减少了占地面积和技术复杂性,这种技术可以优于传统的中红外光方法。
2020-06-12 physics.optics quant-ph
Broadband biphoton source for quantum optical coherence tomography based on a Michelson interferometer
本文提出并实验验证了一种利用体块非线性晶体中紧聚焦泵浦产生宽带明亮共线双光子的方法,并将其应用于迈克尔逊干涉仪型QOCT,实现了创纪录的分辨率和色散消除。
2025-02-06 physics.optics quant-ph
Efficient Quantum State Sample Tomography with Basis-dependent Neural-networks
Imperial College London(伦敦帝国理工学院);California Institute of Technology(加州理工学院)
我们使用元学习神经网络方法来分析来自测量的量子态的数据。一旦我们的神经网络被训练好,它就可以用来有效地对训练数据中不包含的测量基中的状态测量进行采样。这些样本可用于计算期望值和其他有用的量。我们把这个过程称为“状态样本层析成像”。我们使用一个有效的参数化生成神经网络编码状态的测量结果分布。这使得即使对于大型系统,也可以有效地执行断层扫描过程中的每个阶段。我们的方案在最近的IBM Quantum设备上进行了演示,产生了一个6量子比特状态测量结果的模型,对于所有测试用例,预测准确度(经典保真度)> 95%,仅使用100个随机测量设置,而不是使用本地测量的标准全断层扫描所需的729个设置。所需测量次数的这种减少有利地缩放,200个测量设置中的训练数据对于10量子比特状态产生> 92%的预测准确度,其中对于基于完全局部测量的量子态断层扫描通常需要59,049个设置。在这种情况下,将测量次数减少近600倍可以允许在当前量子设备上的实际时间内估计期望值和状态不确定性。
2021-06-10 cs.LG quant-ph
Classical realization of dispersion-canceled, artifact-free, and background-free optical coherence tomography
量子光学相干层析成像(Q-OCT)提供了一种色散消除的轴向成像方法,但其实际应用受到光源的弱点和图像中的伪影的限制。最近的一项研究,使用啁啾脉冲干涉(CPI)已经证明了色散消除和伪影的OCT与经典系统,但是,不需要的背景信号仍然存在后,消除文物。在这里,我们提出了一个经典的光学方法,实现了色散抵消,无伪影,无背景OCT。我们采用了时间反转系统的Q-OCT与变换限制的输入激光脉冲,实现色散抵消OCT与经典系统。我们还引入了一种减法来去除伪影和背景信号。用这些方法,我们实验证明了色散取消,伪影免费,和背景免费轴向成像的盖玻片和横截面成像的硬币表面。
2016-02-24 physics.optics quant-ph
Process tomography of dynamical decoupling in a dense optically trapped atomic ensemble
原子系综在量子信息科学中有许多潜在的应用。由于集体增强,在高密度下使用系综增加了量子操作的整体效率,但同时也增加了碰撞率并导致更快的退相干。在这里,我们报告的实验与光学捕获的87 Rb原子演示了20倍的相干时间增加时,应用动态去耦序列与超过200 π脉冲。我们进行量子过程层析成像,并表明,使用去耦方案的光学深度为230的密集系综可以用作原子存储器的相干时间超过3秒。
2010-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus quant-ph
On calculating the mean values of quantum observables in the optical tomography representation
给定密度算子$\hat ρ$,光学层析成像图定义了允许重建$\hat ρ$的实数线上的概率分布$w_{\hat ρ}(X,ϕ),\ ϕ\in [0,2π),$的单参数集合。我们引入了一个从量子观测量$\hat a$的特殊类$\mathcal A$到广义函数$a(X,ϕ)$的对偶映射,使得平均值$<\hat a>_{\hat ρ} =Tr(\hat ρ\hat a)$由公式$<\hat a>_{\hat ρ}= \int \limits_{0}^{2π}\int \limits_{-\infty}^{+\infty}w_{\hat ρ}(X,ϕ)a(X,ϕ)dXdϕ$给出.类$\mathcal A$包括规范变量$\hat q$和$\hat p$的所有对称多项式。
2011-04-29 math-ph math.MP quant-ph
Artefact-removal algorithms for Fourier domain Quantum Optical Coherence Tomography
量子光学相干层析成像(Q-OCT)是光学相干层析成像的非经典等效物,并且能够提供两倍的轴向分辨率增加和对分辨率降低色散的免疫性。Q-OCT的主要缺点是伪影,伪影是使A扫描杂乱并导致多层物体的结构信息完全丢失的附加元素。虽然在时域Q-OCT中存在用于伪影去除的成功方法,但是对于傅里叶域Q-OCT(Fd-Q-OCT)还没有设计出这样的方案,尽管后一种模态-通过联合频谱检测-输出关于系统和成像对象两者的许多有用信息。在这里,我们提出了两种算法,处理的Fd-Q-OCT的联合频谱到一个伪影的A扫描。我们提出了这些算法的理论背景,并显示其性能的计算机生成的数据。这两种算法的实验系统和成像对象的局限性进行了讨论。
2021-03-29 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Neural networks for quantum state tomography with constrained measurements
针对受限测量下的量子态层析问题,提出统一神经网络方法,提升有限测量资源下的估计精度并展现噪声鲁棒性。
2025-03-28 cs.SY eess.SY quant-ph
Optical sectioning in induced coherence tomography with frequency-entangled photons
我们展示了一种不同的方案来基于诱导相干的概念执行样品的光学切片[Zou等人,物理修订信函67,318(1991)]。这可以被视为不同类型的光学相干断层扫描方案,其中样品沿着光束传播方向的变化的反射率转化为两个光束之间的一阶相干程度的变化。作为一个实际的优点,该方案允许用一个波长探测样品,用另一个波长测量光子。在生物成像场景中,这将导致更深地穿透到样品中,因为使用更长的波长进行探测,同时仍然使用最佳波长进行检测。本文提出的方案利用宽谱带发射的非线性参量源,可以实现亚微米的轴向分辨率。
2018-02-15 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics