Observation of localized multi-spatial-mode quadrature squeezing in four-wave mixing
每当图像质量和分辨率受到照明的量子噪声的限制时，光的量子态可以改善成像。在明亮照明的情况下，由多个压缩横模组成的光场得到了量子增强。这种多空间模压缩态的一种可能实现是包含横向平面的场，其中局部电场在任何一个正交上的所有位置处显示减少的量子涨落。使用非简并四波混频在热蒸汽中，我们已经产生了一个双色多空间模式压缩状态，并表明它表现出局部正交压缩在任何点的横向轮廓，在区域远小于其大小。我们观察到75个独立的压缩区域。这证实了这种技术产生适合于实际量子成像的照明的潜力。
2015-06-08 physics.optics quant-ph
Quantum Illumination with a Parametrically Amplified Idler
量子照明使用电磁场的量子态来检测目标在明亮背景下的存在，比任何经典状态都更灵敏。最常见的情况是，量子态是由信号和空闲模式组成的双模压缩真空，具有非零相位敏感交叉相关性和零相位不敏感交叉相关性，信号和空闲模式具有非零相位敏感交叉相关性，非零相位敏感交叉相关性用作目标检测的特征，零相位不敏感交叉相关性意味着模式在二阶干涉中不产生条纹。在这里，它示出，应用相敏放大的空闲模式的双模压缩真空的结果在一个非零的相位不敏感的互相关，使接收由一个简单的分束器和光电探测器。结果表明，量子照明与参数放大闲置有一个较低的概率的错误比一个渐近最优的经典状态的计划，在一个目前的目标和一个不存在的目标具有相等的先验概率之间的区别。
2021-03-17 physics.optics quant-ph
Quantum illumination with multiplexed photodetection
在使用同时和最佳测量的方案中，使用光的量子态进行物体检测的优势通常会得到强调。在这里，我们描述了一个理论上但实验上可实现的量子照明方案的基础上，非同时和非最佳的测量，可以保持这一优势。特别地，我们研究了多重点击预示的双模压缩真空态作为量子照明过程中的探测信号。与多点击预示相关联的条件信号强度的增加大于来自单个检测器预示信号的条件信号强度的增加。我们的研究结果表明，有损耗的外部条件下，目标对象的存在，可以揭示使用多点击测量较早。我们通过基于蒙特卡罗模拟的连续拍摄测量来证明这一点。
2022-09-22 quant-ph
The minimum error probability of quantum illumination
量子照明是一种通过量子探针在噪声环境中检测目标存在的技术。我们证明了双模压缩真空态是非对称鉴别情形下量子照明的最佳探针，目标是在给定假阴性概率的情况下，使假阳性概率的衰减率最小.双模压缩真空态的量子照明提供了一个6 dB的优势，在错误的概率指数相比，相干态的照明。更先进的量子照明策略是否可以提供进一步的改进，一直是一个长期悬而未决的问题。我们的基本结果证明，考虑更多的奇异量子态，如多模纠缠态，将一无所获。我们的证明是基于一个新的基本熵不等式的噪声量子高斯衰减器。我们还证明了，没有访问的量子存储器，量子照明的最佳探针是相干态。
2018-07-02 math-ph math.MP quant-ph
Classifying directional Gaussian quantum entanglement, EPR steering and discord
量子不和谐量化了在对鲍勃的系统进行测量后，爱丽丝的系统被破坏的程度。从概念上讲，这种行为与量子转向的方式相同，我们发现，从鲍勃到爱丽丝的更好的转向会增加不和谐。利用维恩图，建立了压缩热态中不同类高斯连续变量纠缠与不和谐之间的关系。我们为每一类压缩热态纠缠确定了一个定向的量子隐形传态任务，并为量子操纵、纠缠和超越纠缠的不和谐建立了一个统一的签名。量子操纵和不和谐是有前途的候选人，以量化的潜力，有方向的量子任务，其中爱丽丝和鲍勃拥有不对称的噪声信道。
2014-06-25 quant-ph
Asymmetric Quantum Illumination with three-mode Gaussian State
本文研究使用三模最大纠缠 Gaussian state 的 asymmetric Quantum Illumination，发现在 $N_S<0.46$ 时其错误概率低于 two-mode squeezed vacuum state。
2023-09-15 quant-ph
Optimal Quantum Illumination with Nonlocal Non-Gaussian Operations
Institute for Quantum Science and Engineering, Texas A&M University（德州农工大学量子科学与工程研究所）
本文提出一种非局域非高斯操作协议，通过工程化探针态在考虑光子损失等现实条件时，优于基于光子催化、加法和减法的局部非高斯方案，并通过50:50光束分裂器实现目标检测的信噪比显著提升。
2026-05-13 quant-ph
Observable bound for Gaussian illumination
我们提出了可观察的高斯照明的界限，以最大限度地提高信噪比，最大限度地减少使用高斯状态的低反射率目标的存在和不存在之间的歧视误差。可观察到的边界实现模式的模式测量。在使用双模压缩真空态的量子机制中，我们的可观测接收器优于其他可行的接收器，但它不能接近量子相干态。由于额外的真空噪声，相应的可观测量不能用外差检测来实现。在经典制度中使用的热态，实现与光子数差测量的接收器接近其边界的信号的平均光子数无关，而它渐近地接近一个巨大的空闲平均光子数的限制的经典界。
2022-04-21 quant-ph
Quantum-Enhanced Noise Radar
我们提出了一种新的量子照明协议：量子增强噪声雷达。一个双模压缩态，它表现出连续变量之间的纠缠所谓的信号和空闲光束，被用作输入到雷达系统。与现有的量子照明方案相比，我们的协议不需要联合测量的信号和空闲光束。这极大地增强了系统的实用性，例如，消除了对量子存储器来存储闲频的需要。我们进行了微波制度的原理验证实验，直接比较的性能的双模压缩源的一个理想的经典噪声源，饱和的经典界相关。我们发现，即使在存在显着增加的噪声和损失，量子源优于经典源多达一个数量级。
2018-12-10 quant-ph
Relation between quantum illumination and quantum parameter estimation
本研究揭示量子照明的信噪比与量子参数估计的量子Fisher信息在目标探测中的内在关联，提供最优测量的操作准则，并将其应用于采用相干态与双模压缩真空态衍生非高斯态的目标探测协议。
2025-06-17 quant-ph
Quantum illumination via quantum-enhanced sensing
量子增强感测的目标是增强对输入量子态的参数灵敏度，而量子照明的目标是在强噪声环境中增强对输入纠缠态的目标检测能力。在这里，我们提出了一个级联之间的量子增强传感和量子照明，可以采取量子优势超过经典的限制。首先，干涉测量中的相位感测经由量子费舍尔信息连接到目标感测。其次，研究了噪声量子增强传感中的目标灵敏度。例如，在相同的输入态能量下，N光子纠缠态可以表现出比双模压缩真空态和可分离相干态更好的性能。最后，通过进行光子数差测量，将噪声目标灵敏度与信噪比相关联，该信噪比与区分目标存在和不存在的最小误差概率相关联。我们发现，目标的灵敏度和信噪比可以提高与增加热噪声。
2021-01-20 quant-ph
Enhanced absorption microscopy with correlated photon pairs
通过利用光的量子态进行照明，可以以超过标准量子极限的精度实现精确的相位和吸收估计。尽管量子态对于精确测量具有重要意义，但在噪声环境中量子态是脆弱的，这导致难以揭示量子优势。在这项工作中，我们提出了一个方案，以提高光学吸收估计精度，通过使用相关光子对自发参量下转换作为照明。当损耗低于临界值时，该方案的性能优于经典照明。在实验上，该计划是由扫描透射型显微镜，使用相关光子照明。结果，对于具有$0.98$透射率的单层石墨烯，双光子图像的信噪比（SNR）显示出比单光子图像的信噪比增强$1.36$倍。当采用多模压缩态作为照明光源时，这种增强因子会更大。
2018-07-04 quant-ph
Quantum optomechanics of lossy bodies: general approach and structured squeezed vacuum effects
CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋物理研究所）
本文研究了在自由空间中外部量子照明下宏观耗散体所经历的总体光学力学力，通过改进的朗之万噪声公式推导了非平衡情况下麦克斯韦应力张量的时间平均期望值，展示了通过驱动散射场使用各向异性多模压缩真空态可产生非经典力。
2026-04-07 quant-ph
Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers as Non-Classical Light Source for Microwave Quantum Illumination
通过所谓的量子照明程序，可以丰富对低反射率物体的探测。为了使这种量子过程优于经典检测协议，最初需要微波辐射的纠缠态。本文讨论了基于电路QED器件的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPAs）作为双模压缩真空态（一种特殊的信号-闲频纠缠态）的合适光源的作用。获得的宽带宽使JTWPA成为在量子精密测量和信息处理应用中产生量子辐射的理想候选者。
2021-06-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Broadband Squeezed Microwaves and Amplification with a Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifier
电磁真空的压缩是一种基本的量子力学技术，用于减少量子噪声的应用跨越引力波探测，生物显微镜，和量子信息科学。在超导电路中，通常用于产生压缩微波的基于谐振器的约瑟夫森结参量放大器受到窄带宽和低动态范围的限制。在这项工作中，我们开发了一个双泵，宽带约瑟夫森行波参量放大器，相敏消光比为56 dB的单模压缩等同于最好的谐振器为基础的挤压。我们还展示了双模压缩在微波频率与带宽在千兆赫范围内，几乎是两个数量级宽于当代谐振器为基础的挤压。我们的放大器能够同时产生具有大频率间隔的纠缠微波光子对，具有潜在的应用，包括高保真量子比特读出，量子照明和隐形传态。
2023-02-15 quant-ph
Quantum illumination with noisy probes: Conditional advantages of non-Gaussianity
本文研究在热噪声和局部高斯噪声影响下，光子增加/减去非高斯态作为量子照明探针的性能层级，发现其优势依赖于Chernoff界比较条件，且高斯态整体性能最优。
2024-04-02 quant-ph
Enhanced quantum illumination of a lossy target: A sequential interaction model
Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）
研究在现实环境中量子照明对损失性目标的有效性，比较高斯双模压缩态与最优经典协议的性能，发现TMSS在低反射率目标下具有更高的SNR和更强的抗热噪声能力。
2026-07-23 quant-ph
High-Dimensional Bell States: A Paradigm Shift for Quantum Illumination
本研究解决离散变量态量子照明性能表征的开放问题，提出新型量子测量方法，证明高维最大纠缠M模Bell态在噪声环境下的性能优势，打破连续变量态主导认知，推动离散变量量子传感研究。
2024-07-10 quant-ph
Quantum illumination with a light absorbing target
在量子照明（QI）协议中，任务是检测目标的存在，该目标通常由部分反射分束器建模。我们分析了当目标吸收落在其上的部分光时QI的性能，从而使场景更加真实。我们提出了一个光学设置，模拟目标与这些特性，并探讨其在量子域中的可探测性的Beschoff绑定（CB）。在无闲频的情况下，我们采用相干态作为量子阱，而在信号-闲频方案中采用双模压缩真空（TMSV）态。在这两种情况下，我们报告的吸收引起的检测效率的提高，降低CB与吸收量的增加。有趣的是，我们表明，在吸收的存在下，更强烈的热背景可以导致目标检测效率提高。此外，我们观察到，量子优势仍然存在，即使是有限的吸收量。然而，我们发现，由TMSV提供的量子优势随着吸收单调下降，并在高吸收区变得非常小。我们还证明了在低反射率和吸收的限制下，相干态和TMSV态在各自的设置（无空闲和信号空闲）中的最优性。
2021-11-01 quant-ph
Fundamental limits of quantum illumination
在量子照明（QI）中，最初与保持在接收器处的闲频光束纠缠的信号光束询问沐浴在热背景光中的目标区域。返回的光束与惰轮一起测量，以确定是否存在弱反射目标。使用工具，从量子信息理论，我们推导出下限的平均误差概率检测镜面反射和衰落的目标和估计的反射率的检测到的目标，这是服从任何QI发射机满足信号能量约束的均方误差。对于明亮的热背景，我们表明，QI系统使用多个副本的低亮度双模压缩真空态是接近最佳的。更一般地说，我们的研究结果限制了在所有波长，所有信号和背景噪声水平下使用QI系统可实现的最佳性能。
2020-07-13 physics.optics quant-ph
Bi-frequency illumination: a quantum-enhanced protocol
提出了一种量子增强的无空闲传感协议，用于测量目标对象在噪声和有损场景中对探头频率的响应。在该协议中，被认为是一个目标与频率相关的反射率嵌入在一个热浴。目的是估计参数$λ= η(ω_2)-η(ω_1)$，因为它包含不同问题的相关信息。为此，采用双频量子态作为资源，因为需要捕获关于参数的相关信息。通过计算双模压缩态（$H_Q$）和相干态（$H_C$）的量子Fisher信息$H$相对于参数$λ$在$λ\sim 0$的假设邻域中的量子Fisher信息，在对$λ$的估计中显示出量子增强.这种量子增强随着被探测物体的平均反射率而增长，并且是抗噪声的。导出了最佳观测量的显式公式，并提出了基于初等量子光学变换的实验方案。此外，这项工作开辟了道路，在雷达和医学成像，特别是在微波领域的应用。
2022-11-13 quant-ph
Quantum-Enhanced Transmittance Sensing
考虑了热背景光下目标透过率$θ$的估计问题。由于量子估计理论产生基本限制，我们采用有损热噪声玻色子信道模型，该模型描述了许多实际主动照明系统中的传感器-目标相互作用的量子力学（例如，使用光、微波或射频的发射）。我们证明了在低传输功率的限制下，双模压缩真空（TMSV）态的量子照明在所有量子态（不一定是高斯态）上渐近地达到最小量子克拉美-拉奥界（CRB）.我们描述了最佳的接收机结构TMSV输入，并显示其优于其他接收机使用分析和蒙特卡罗模拟。
2022-10-30 quant-ph
Revealing spoofing of quantum illumination using entanglement
该研究分析了量子雷达对欺骗的脆弱性，发现由于欺骗机无法重现纠缠，两种欺骗策略均在一定程度上可被检测，其中直接检测策略产生的欺骗保真度更高且更难检测，表明纠缠是量子雷达检测欺骗的新型资源。
2024-10-10 quant-ph
Bound for Gaussian-state Quantum illumination using direct photon measurement
本文针对高斯态量子照明，推导开-关与PNR直接光子测量下的信噪比和Fisher信息解析界，比较TMSV、相干态与CCT态性能。
2023-11-02 quant-ph
Multi-mode four-wave mixing with a spatially-structured pump
我们展示了一种新的四波混频（4WM）几何结构的基础上结构光。通过利用近场衍射通过一个狭窄的狭缝，泵浦光束的非对称结构，以修改相位匹配条件，产生在空间和频率域的多模输出。我们表明，频率参数，使选择各种空间模式的输出，包括双光束的几何形状，保持相对强度压缩之间共享的两个光束。结果表明，通过结构光的原子态的工程可能提供一个途径，以多模压缩光的基础上的各种量子资源。
2018-02-09 physics.optics quant-ph
Noiseless linear amplification in quantum target detection using Gaussian states
量子目标检测的目的是利用量子技术来实现目标检测的性能，而这是通过纯粹的经典手段无法实现的。量子照明就是一个例子，基于信号-空闲纠缠，有希望在误差指数上比其最佳经典对应物有潜在的6 dB优势。到目前为止，实现这种最佳接收的接收器设计仍然难以捉摸，许多基于高斯过程的建议似乎无法利用高斯状态源中包含的量子信息。本文考虑在基于量子照明的量子目标检测协议的检测阶段使用无噪声线性放大器。这种非高斯放大器提供了一种在不增加噪声的情况下概率性地放大输入信号的手段。考虑对称性假设检验，导出了双模压缩真空态和相干态经典基准的量子相干态的量子相干态的探测误差界，并分析了探测误差概率的极限。我们的研究结果表明，在这样的方案中，潜在的量子优势被放大，即使在量子照明单独提供没有优势的制度，从而扩展其潜在的用途。对于相干态，情况就不同了，相干态的性能一般受没有放大的情况的限制。
2022-06-14 quant-ph
Quantum illumination with nonzero-mean signal-idler states via noise-enhanced heterodyne work extraction
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Hacettepe University（哈塞特佩大学）
本文提出一种基于工作提取的量子照明接收机，利用异步检测提取返回模式，并通过本地存储的可能位移子信道转换为可测量信号，无需零一阶矩，且在弱返回背景下表现出与理想OPA接收机相当的性能。
2026-05-12 quant-ph
Gaussian Quantum Illumination via Monotone Metrics
本文研究低反射率目标下的高斯量子照明，通过单调度量推导任意高斯输入态衰减常数的解析公式，证明TMSV态在纯高斯态中最优，并给出闲频光存储器的解析界限及超越相干态的相关性区域。
2023-02-15 quant-ph
Microwave Quantum Radar using a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier
低反射率物体的检测可以通过所谓的量子照明程序来改进。然而，量子检测概率随源带宽呈指数衰减。约瑟夫森参量放大器（JPA）技术用作源，产生一对纠缠信号，称为双模压缩真空态，显示出非常窄的带宽限制了微波量子雷达（MQR）的操作。本文首次提出了一种基于量子照明协议和约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）的微波量子雷达系统。在12 GHz泵浦的JTWPA的测量结果显示，在X波段的超宽带宽等于10 GHz，使我们的MQR隐形物体的检测有希望的候选人。
2021-11-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Surviving Entanglement in Optic-Microwave Conversion by Electro-Optomechanical System
在量子技术的最近发展中，已经广泛地研究了量子信号的频率转换。研究了在双模压缩真空态中，对其中一个模施加电光机械频率转换方案所产生的光-微波纠缠。我们量化了转换后的双模高斯态的纠缠度，分析了态的纠缠度随电光机械系统参数的变化。此外，我们还证明了高纠缠态转换后的纠缠存在一个上界。该研究为量子照明系统的实用化提供了理论平台。
2021-02-05 quant-ph
Ghost imaging with non-Gaussian quantum light
两个光子之间的非局部点到点相关性已经被用来产生“鬼”图像，而无需将相机朝向物体。本文从理论上论证和分析了非高斯量子光在提高鬼像成像系统成像质量方面相对于传统高斯光源的优势。对于任意压缩度，对双模压缩光源进行非高斯光子加减运算，可以提高鬼像的信噪比。我们发现，使用非高斯相干操作，信噪比可以提升到一个很高的水平，即使在非常弱的压缩制度的惊人证据。由此产生的洞察力提供了使用非高斯光照明的量子成像的新实验配方。
2021-12-13 quant-ph
Low-Light Shadow Imaging using Quantum-Noise Detection with a Camera
我们实验证明了一种成像技术的基础上与不透明的物体相互作用后的量子噪声修改。通过使用类似零差的检测方案，我们消除了相机的暗噪声的不利影响，使得这种方法对于需要弱照明的成像场景特别有吸引力。在这里，我们使用总共800个光子来重建被压缩真空照射的物体的图像，平均每帧利用不到一个光子。
2021-09-20 physics.optics quant-ph
Gaussian quantum estimation of the lossy parameter in a thermal environment
有耗玻色子通道在许多量子信息任务中起着重要的作用，因为它们在实验中很好地近似了热耗散。在这里，我们分别使用单模和双模高斯态作为探针，描述了它们在无空闲和纠缠辅助情况下的量子功率。在估计损耗参数的问题中，我们研究了能量约束的量子费舍尔信息（QFI）的一般温度和损耗参数制度，显示定性行为的最佳探针。我们半解析地表明，双模压缩真空状态优化QFI的任何值的损耗参数和温度。我们讨论了优化的{ \it总} QFI，其中探针的数量是允许通过保持总能量约束而变化。在这种情况下，我们阐明了“阴影效应”达到量子优势的作用。我们还考虑了环境的光子数归一化，广泛用于量子照明和量子读取协议的分析。通过这种归一化，我们证明了大带宽TMSV状态是任何参数值的最佳探针。这里，量子优势最多是$2$的因子，并且对于{ \it any}有损参数值在明亮环境情况下达到。最后，我们讨论了我们的结果的量子照明和量子读取应用的影响。
2022-02-28 quant-ph
Optimal squeezing for quantum target detection
目前尚不清楚量子激光雷达或雷达的性能，如果没有闲置，只使用高斯资源，可以超过基于相干态和零差检测的半经典设置的性能。在这里，我们证明这确实是这样的情况下，显示一个空闲的挤压为基础的设置可以击败这个半经典的基准。更一般地说，我们表明，探针的位移和压缩的联合优化可以严格优于相干态具有相同的平均输入光子数的量子照明和阅读的问题。
2021-11-18 physics.optics quant-ph
Stochastic signal sensing with finite energy and dead time at the fundamental quantum limit
Chicago Quantum Institute, Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥量子研究所，普林茨克分子工程学院，芝加哥大学）；Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem（拉卡物理研究所，耶路撒冷希伯来大学）；Department of Physics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院物理系）
研究有限能量和死时间约束下随机信号感测的量子极限，证明双模压缩真空态为最优探针，并发现纠缠是达到基本量子极限的必要资源。
2026-06-17 quant-ph
Microwave Gaussian quantum sensing with a CNOT gate receiver
本文提出一种基于连续变量CNOT门的量子照明接收机，通过零差测量和平方律探测器实现联合测量，在微波量子传感中优于现有方案并可推广至光学领域。
2023-07-04 quant-ph
Optical-cavity mode squeezing by free electrons
本文提出利用低能自由电子与光学腔的有质动力相互作用来生成相干态和压缩态等非经典光态，并通过电子能谱揭示$A^2$项的作用，为量子信息应用和电子束整形开辟了新途径。
2022-08-04 physics.optics quant-ph
Quantum Fisher information in many-photon states from shift current shot noise
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 涌现物质科学中心）；Department of Applied Physics, The University of Tokyo（东京大学应用物理系）；Fundamental Quantum Science Program (FQSP), TRIP Headquarters, RIKEN（RIKEN TRIP总部基础量子科学计划）
通过移位电流 shot noise 直接测量非经典光的量子 Fisher 信息，利用 Lindblad 方程分析光子态的非线性光电流，发现 shot noise 能编码量子 Fisher 信息。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Harnessing quantum light for microscopic biomechanical imaging of cells and tissues
针对布里渊显微镜高强度激光易致光损伤的问题，提出量子光增强受激布里渊散射成像方法，提升信噪比与样本存活率，为活生物样本力学研究及临床应用开辟新路径。
2024-08-21 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
