Fundamental Relations between Measurement, Radiation and Decoherence in Gravitational Wave Laser Interferometer Detectors
由于激光干涉仪引力波（GW）探测器成为量子噪声占主导地位，理解量子不确定性对测量灵敏度的基本限制对于指导进一步降噪的研究至关重要。最近的努力包括将量子信息理论的思想应用于GW检测-特别是量子Cramer Rao界限，其是使用量子态的参数估计中的误差的最小界限，并且由状态的量子费舍尔信息（QFI）相对于参数确定。识别QFI需要知道量子测量设备和信号之间的相互作用，这是在[Phys.Rev.D98，124006]中针对GW干涉仪检测器严格推导的。本文计算了GW探测的QFI和基本量子极限（FQL），并进一步导出了包含QFI的显式互易关系，它概括了探测器与周围弱量子GW场之间的信息交换.具体来说，我们表明，GW功率辐射的探测器的量子涨落是成正比的QFI，因此成反比的FQL。类似地，检测器在白噪声GW浴中的退相干率可以明确地与QFI/FQL相关。这些关系是基本的，似乎可推广到更广泛的一类量子测量系统。
2019-03-22 gr-qc quant-ph
Measurements on relativistic quantum fields: II. Detector models
这是第二篇关于相对论性量子测量的新形式的论文。在这里，我们构建了一个完全相对论模型的探测器，考虑到探测器的运动状态，本征动力学，初始状态和耦合到测量场。双经典/量子描述的检测器是通过使用主方程类型的近似的粗粒度指针变量。然后，我们确定对应于理想测量的概率，即，这些测量在很大程度上对设备的建模细节不敏感。Unruh-Dewitt和Glauber探测器在适当的限度内恢复。我们采用我们的结果模型的粒子探测，光电探测和相对论自旋测量，我们得到一个理想的相对论时间的到达概率分布。
2015-09-06 quant-ph
Quantum Zeno effect by indirect measurement: The effect of the detector
我们研究了间接测量情况下的量子芝诺效应，其中探测器不直接与不稳定系统相互作用。扩展Koshino和Shimizu的模型[Phys.Rev.Lett.，92，030401，（2004）]，我们考虑了一个现实的哈密顿检测器具有有限的带宽。我们还明确地考虑到位置，尺寸和测量的不确定性的检测器。我们的结果表明，量子芝诺效应预计不会发生，除了非物理的情况下，探测器和不稳定的系统重叠。
2004-06-25 quant-ph
On the quantum mechanical description of the interaction between particle and detector
物理量的量子测量通常被描述为理想测量。然而，只有少数测量满足理想测量的条件。本工作的目的是描述真正的位置测量与探测器，能够检测到单个粒子。为此，已经开发了一个探测器模型，可以描述非相对论粒子和探测器之间的相互作用的时间依赖性。在位置测量开始时，探测器表现为由大量量子力学系统组成的目标。入射物体与单个原子、电子或原子核相互作用，而不是与整个探测器相互作用。这个反应是一个量子力学过程。在测量结束时，可以将检测器视为经典装置。探测器既不是量子力学系统，也不是经典仪器。检测器模型解释了为什么每个单独的测量都能获得定义明确的结果。它进一步解释说，一般来说，不可能预测下一次测量的结果。主要优点是它描述了真实的而不仅仅是理想的测量。
2019-01-16 physics.ins-det quant-ph
Noninvasive Quantum Measurement of Arbitrary Operator Order by Engineered Non-Markovian Detectors
固态量子技术的发展需要理解相互作用的非孤立量子系统中的量子测量。一般来说，探测器与量子系统的永久耦合会导致记忆效应，在解释测量结果时必须考虑到这一点。我们分析了一个通用的设置耦合到量子系统的两个检测器，并推导出一个紧凑的公式，在弱测量极限之间的瞬时（教科书类型）和几乎连续的检测器动态相关的测量插值。我们称之为系统介导的探测器-探测器相互作用的量子记忆效应对于同时观测非对易可观测量至关重要。最后，我们提出了一个介观双点检测器设置，其中的记忆效应是可调的，可以用来探索过渡到非马尔可夫量子测量实验。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Correlation measurements with on-off detectors
提出了一种用开关探测器系统探测非经典辐射场的一般方法。我们特别研究了高阶关联对非经典辐射的识别。这使我们能够直接表征量子关联的统计测量系统的开关检测器。此外，我们将我们的方法推广到多探测器系统测量光场之间的相关性。我们还考虑了多模辐射场和孤立的非经典性的时空关联。最后，我们提出的量子统计结果，使用非线性检测模式的开关检测器。
2013-10-23 quant-ph
Characterization of entangling properties of quantum measurement via two-mode quantum detector tomography using coherent state probes
纠缠测量是量子技术中的重要工具。我们提出了一种新的纠缠测量多模检测，估计的纠缠量，可以在测量中创建。为了说明所提出的措施，我们进行量子断层扫描的双模探测器，这是由两个超导纳米线单光子探测器。我们的方法利用相干态作为探测态，它可以很容易地制备与准确。我们的工作表明，一个可分离的状态，如一个相干态是足以描述一个潜在的纠缠探测器。我们调查的纠缠能力的检测器在各种设置。我们提出的测量验证了探测器在一定条件下进行纠缠测量，揭示了探测器纠缠特性的本质。由于探测器的精确表征对于量子信息技术中的应用是必不可少的，因此探测器特性的实验重建以及所提出的测量将是未来量子信息处理的关键特征。
2019-12-09 quant-ph
Quantum-Limited Measurement and Information in Mesoscopic Detectors
我们制定的线性响应检测器达到量子极限的测量效率，其中测量引起的退相速率采取其最小可能的值所需的一般条件。这些条件既适用于非相互作用系统，也适用于相互作用系统。我们评估这些要求在任意的非相互作用的散射为基础的检测器的状态，确定所需的散射矩阵的对称性，以达到量子极限。我们表明，这些条件是必要的，以防止在检测器中的信息的存在，这是不是在测量过程中提取。
2002-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum measurement process with an ideal detector array
任何具有有限特征值谱的可观测量都可以使用实现适当的酉变换的多端口装置和检测器仪器阵列来测量，其中每个检测器作为可观测量的一个可能值的指示器。在冯·诺依曼的量子力学测量过程的框架中对这种设置的研究有一个显著的结果：在被测系统与探测器阵列相互作用而没有崩溃之后，正好有一个探测器指示探测。每个单个检测器指示0或1个检测，并且没有叠加可以归因于它。
2022-04-21 physics.gen-ph quant-ph
A detector for continuous measurement of ultra-cold atoms in real time
我们提出了第一个探测器能够记录高带宽实时原子数密度测量的玻色-爱因斯坦凝聚体。基于双色马赫-曾德尔干涉仪，我们的检测器的响应时间比基于CCD相机的当前检测器快六个数量级，同时仍在散粒噪声限制下工作。利用这种破坏性最小的系统，可以实现反馈以稳定玻色-爱因斯坦凝聚体或原子激光器。
2005-08-20 quant-ph
Qubit measurements with a double-dot detector
我们建议用双点（DD）共振隧穿探测器来监测量子比特，这种探测器可以在比单点探测器更高的温度下工作。为了评估该装置的有效性，我们推导出整个系统的密度矩阵的速率方程。我们表明，信噪比可以大大提高通过适当的选择的参数和位置的检测器。我们证明了DD探测器内的量子干涉效应在测量中起着重要的作用。令人惊讶的是，即使整个系统处于静止状态，这些效应也会产生系统测量误差。
2006-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of energy eigenstates by a slow detector
本文提出了一种利用慢探测器对快量子系统能量本征态进行弱连续测量的方法。这种探测器只对缓慢变化的变量敏感，例如。G.能量，而其反作用可以仅限于本征态叠加的退相干。我们将此方案应用于检测谐振子中能量本征态之间的量子跃迁问题。
2007-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Weak and strong measurement of a qubit using a switching-based detector
我们分析了基于开关的探测器的操作，该探测器探测量子比特的可观测量，该可观测量不与量子比特的哈密顿量交换，从而导致测量和自由量子比特动态之间的非平凡相互作用。为了获得分析结果和发展的不同可能的操作制度的直观理解，我们使用的理论模型，其中检测器是一个量子两级系统，不断监测的宏观系统。我们分析了如何解释测量的结果，以及在测量时量子比特的状态如何演变。我们发现，上述问题的答案取决于问题中不同参数之间的关系。除了传统的强测量制度，我们确定了一些制度与弱量子位检测器耦合。开关时间可高精度测量的非相干检测器可以提供高保真信息，但是测量基础仅在检测器的开关时确定。切换时间只能以低精度获知的非相干检测器提供了具有降低的测量保真度的量子位能量本征基中的测量。相干检测器在其能量本征基中测量量子比特，并且在某些条件下可以提供高保真信息。
2009-05-07 cond-mat.supr-con quant-ph
A proposed testbed for detector tomography
测量是一般量子系统中唯一尚未在实验上以完整的方式表征的部分。探测器层析成像提供了一个这样做的程序;可以以系统的方式完全表征任意测量设备，从而校准，而无需访问其组件或设计。结果是重构的POVM，其包含与每个测量结果相关联的测量算子。我们考虑两个探测器，一个单光子探测器和光子数计数器，并提出了一个容易实现的实验装置，对它们进行探测器断层扫描。我们还提出了一种可视化的测量算子的方法。
2009-02-25 quant-ph
Statistics of continuous weak quantum measurement of an arbitrary quantum system with multiple detectors
本文建立了一个描述连续量子测量和测量结果统计的一般理论框架。该框架涉及的测量的任意量子系统的任意数量的检测器下的即时检测器反应和白噪声源的现实假设。我们参加了各种方法来证明他们的等价性的问题。这些方法包括伪密度矩阵的全计数统计（FCS）演化方程a、积分输出空间中密度矩阵的漂移扩散方程和离散随机更新。我们提供的基础方程的推导，从微观方法的基础上充分计数统计方法，基于Lindblad建设的唯象方法，和相互作用与辅助量子系统代表的探测器。我们建立了保证测量结果的明确解释和密度矩阵的正性的唯象性和噪声的必要条件。我们的结果可以很容易地扩展到描述各种量子反馈方案的操纵决策是基于检测器输出的值。
2018-04-20 quant-ph
Detection Efficiency Characterization for Free-Space Single-Photon Detectors: Measurement Facility and Wavelength-Dependence Investigation
本文构建基于替代法的自由空间单光子探测器效率测量装置，通过与校准参考探测器比较不同波长响应，量化光学窗口透射率导致的效率变化，提升测量精度与可靠性。
2024-07-01 quant-ph
Influence of detector motion in entanglement measurements with photons
我们研究了运动探测器测量时，由波包描述的纠缠光子的偏振相关是如何被修正的。为此，我们分析了Clauser-Horne-Shimony-Holt贝尔不等式作为设备速度的函数。我们的分析是由未来的实验与纠缠光子设计使用卫星的动机。这是在全球范围内实施量子信息协议的第一步。
2009-12-11 quant-ph
Detector Tomography on IBM 5-qubit Quantum Computers and Mitigation of Imperfect Measurement
我们使用量子探测器层析成像来表征量子位读出的测量POVM在IBM量子计算机IBM Q 5 Tenerife和IBM Q 5 Yorktown。我们的研究结果表明，特征检测器模型偏离理想的投影仪的百分之几。可以通过采用两个或更多个量子比特检测器模型而不是一个设备中所有量子比特的独立单量子比特检测器来进一步改进这种表征。在IBM Q 5 Tenerife标记为量子位3的物理量子位中看到了一个意想不到的行为，这可能是探测器串扰或量子位操作相互影响的结果，需要进一步研究。这种特殊的行为是一致的，从更复杂的方法的门集断层扫描的表征。我们还讨论了如何表征检测器的POVM，尽管偏离理想的投影仪，可以用来估计理想的检测分布。
2019-04-26 quant-ph
Weak Value Amplification Can Outperform Conventional Measurement in the Presence of Detector Saturation
弱值放大（WVA）是一种可以放大测量信号的表观强度的技术。有些人声称，WVA可以在参数估计中优于更传统的测量方案。尽管如此，大量的理论工作对这一观点提出了挑战，表明WVA从根本上是次优的。然而，最佳测量可能并不实际。两个实际的考虑因素，已被证明是提供一个好处，WVA超过传统的测量是某些类型的噪声和检测器饱和。在这里，我们报告的饱和度和像素噪声在基于WVA的测量中的作用的理论研究，在其中，我们进行了贝叶斯分析的Fisher信息可使用饱和，像素化，数字化，和/或嘈杂的检测器。我们得出两个结论：第一，饱和度本身并不赋予WVA方法优于常规测量的优点，第二，当饱和度与固有像素噪声和/或数字化相结合时，WVA可以优于常规测量。
2016-12-13 quant-ph
Linear quantum measurements
线性响应理论描述了任意探测器与被测系统弱耦合的量子测量。这种描述产生了通用的定量关系，表征类似于平衡系统的波动耗散定理的检测器。以这种方式获得的检测器特性示出了在反作用移相和检测器的信息获取之间的折衷是多么有效。
2003-01-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum efficiency of binary-outcome detectors of solid-state qubits
我们讨论了非完美保真度的二进制结果量子比特探测器的量子效率的定义，重点是量子非破坏探测器的子类。分析了几种探测器模型的量子效率，包括间接投影测量、二进制输出区的线性探测器、超导相位量子比特探测器和基于隧穿连续谱的探测器。
2008-06-23 cond-mat.other quant-ph
General quantum constraints on detector noise in continuous linear measurements
在量子传感和计量学中，一类重要的测量是连续线性测量，其中检测器在时间上线性且连续地耦合到感兴趣的系统。其中一个关键方面是探测器的量子噪声，它是由探测器输入和输出中的量子波动引起的。它决定了我们获取系统信息的速度，也影响了系统在测量反作用方面的演化。因此，我们通常将其归类为所谓的不精确噪声和量子反作用噪声。有一个一般的海森堡不确定性关系，限制了这两种类型的量子噪声的大小和之间的相关性。本文的主要结果是表明，当检测器变得理想时，即，在最小不确定度的量子极限处，不仅不确定度关系取预期的等号，而且还存在两个新的等式。这个一般的结果是通过使用典型的腔QED设置与系统是一个量子比特或机械振荡器来说明。特别地，考虑了量子比特态的色散读出和机械运动边带不对称性的测量。
2017-01-25 quant-ph
Quantum state measurements using multi-pixel photon detectors
多光子量子态的表征和条件制备需要使用光子数分辨探测器。在这种情况下，我们研究了使用基于多个雪崩光电二极管像素的检测器。我们开发了一个通用的模型，提供了这些检测器的积极运营商的价值措施。该模型结合了像素之间的串扰效应，这是这些设备所独有的。我们通过测量相干态光子数分布并高精度地重建它们来验证模型。最后，我们评估这种探测器的适用性量子态断层扫描和基于纠缠的量子态制备，突出的暗计数和像素之间的串扰的影响。
2009-03-08 quant-ph
Cluster separability, indispensability of detectors and quantum measurement problem
仔细分析集群可分性开辟了一条道路，以一个全新的理解准备和注册程序的微系统：它们是分离状态的变化。一个重要的观察结果是，量子力学并没有说明当系统改变其分离状态时会发生什么。因此，可以在不扰乱量子力学逻辑的情况下，加入新的规则来弥补这一差距。另一个重要的观察是，微系统的注册设备必须包含检测器，其读数是来自检测器的信号。这导致了对可观测量的进一步限制，特别是对于宏观量子系统。Beltrametti-Cassinelli-Lahti模型被用来展示这种方法如何导致测量问题的解决方案。
2010-03-22 quant-ph
State Measurements with Short Laser Pulses and Lower-Efficiency Photon Detectors
它已经由Cook（Phys. Scr. T 21，49（1988））使用短探测激光脉冲用于二能级系统的状态测量。在以前的工作中，我们已经研究了在何种程度上，这个建议满足投影假设，如果理想的光子探测器被认为是。对于探测器的整体效率小于1的并发症出现在单个系统，在这种情况下，我们提出了一个简单的标准，激光脉冲作为一个状态测量，并导致几乎完全的状态还原。
1996-07-05 atom-ph physics.atom-ph quant-ph
An ultra-sensitive pulsed balanced homodyne detector: Application to time-domain quantum measurements
为了精确测量脉冲光量子态的电场求积，研制了一种脉冲平衡零差探测器。高水平的共模抑制（> 85 dB）和低电子噪声（每个脉冲730个电子）为测量单个脉冲的量子噪声提供了14 dB的信噪比。测量重复率可达1 MHz。作为测试，对相干态进行了量子层析成像，并以99.5%的保真度重建了Wigner函数和密度矩阵。该检测系统还可以用于cw模式下的超灵敏平衡检测，例如用于弱吸收测量。
2001-04-18 quant-ph
The entangled measurement state is not a paradoxical superposition of the detector
当探测器测量一个叠加的量子系统时产生的纠缠态已经引起了几十年来对确定结果或“薛定谔的猫”问题的关注。这种状态似乎描述了一个探测器在一个不确定的或“涂抹”的情况下，同时指示两个宏观配置。这将是自相矛盾的。由于所有的纠缠态都具有非定域性，并且测量具有明显的非定域性，因此很自然地转向非定域性实验来深入了解这个问题。与相位固定为零的测量情况不同，非定域性实验覆盖了叠加相位的全部范围，因此可以精确地显示纠缠态叠加的情况。对于两态系统，这些实验表明，测量状态不是两个宏观上不同的检测器状态的叠加，而是不同的检测器状态和相应的系统状态之间的两个相干相关的叠加。在测量情况下（即零相位），假设薛定谔猫的情况，纠缠态可以读作：一个未衰变的原子核与一只活猫完美相关，而一个衰变的原子核与一只死猫完美相关，其中“与”表示叠加。这并不矛盾。
2022-06-08 quant-ph
Quantum state estimation with unknown measurements
改进的测量技术是技术发展和基础科学探索的核心。量子光学依赖于对光的非经典特征敏感的探测器，从而能够精确测试物理定律和量子增强技术，如精确测量和安全通信。准确的检测器响应校准的量子尺度输入是关键，未来的研究和发展，在这些同源领域。为了解决这一要求，最近引入了量子探测器断层扫描（QDT）。然而，随着检测器响应和输入空间的复杂性增加，QDT方法变得越来越具有挑战性。在这里，我们提出了一个多功能的替代表征技术的第一个实验实施，以解决多结果量子探测器通过限制输入校准区域。为了证明这种方法的适用性，校准后的探测器随后被用来估计非经典光子数状态。
2014-03-03 quant-ph
Measurement of two-mode squeezing with photon number resolving multi-pixel detectors
利用光子数分辨多像素光子计数器对光学参量放大器（OPA）中产生的双模压缩真空进行了测量。MPPC的实现允许在OPA增益的宽动态范围内观察噪声降低，这是标准单光子雪崩光电探测器无法达到的。
2012-05-14 quant-ph
Quantum nondemolition measurements of a flux qubit coupled to a noisy detector
本文从理论上研究了在超导量子干涉仪（SQUID）上耦合的超导磁通量子比特的量子非破坏测量中，反作用噪声引起的测量诱导退相。我们的分析结果表明，量子比特上的信息从量子比特流向探测器，而可能导致量子比特退相的量子涨落也会注入量子比特。此外，测量概率在短时间尺度内是频率相关的，并且与测量引起的退相有密切的关系。当驱动腔与裸腔之间的失谐量等于耦合强度时，我们可以更容易地获得量子比特的态。换句话说，我们获得了最大的测量速率。最后分析了非对角项与外部变量耦合所产生的混合效应。我们发现量子比特的初始信息由于量子比特态之间的量子隧穿而被破坏。
2011-01-01 quant-ph
Controlling measurement-induced phase transitions with tunable detector coupling
研究了竞争测量驱动的量子多体系统拓扑纠缠相变，通过自由费米子动力学中带可变耦合的正定算符值测量追踪投影与连续监测间相变的普适性质，发现投影极限下相变的渗流普适性在系统-探测器耦合减小时不稳定。
2025-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Measurement problem: from de Broglie to theory of classical random fields interacting with threshold detectors
冯·诺依曼在1933年提出的量子测量问题可以通过超越操作量子形式主义来解决。在我们的“前量子模型”中，量子系统是经典随机场的符号表示。薛定谔动力学是经典场线性动力学的一种特殊形式。测量被描述为经典场与探测器的相互作用。不连续性，即“波函数的坍缩“，有一个微不足道的起源：阈值型探测器的使用。冯·诺依曼投影假设可以被解释为在单个量子系统上的测量中不存在符合检测的形式数学编码，例如，光子偏振测量我们的模型，前量子经典统计场论（PCSFT），结合测量阈值探测器满足量子限制符合检测：二阶相干小于1（相反，所有已知的半经典和经典场模型）。量子几率的基本规则玻恩规则是由前量子随机场与阈值型探测器相互作用的性质导出的。比较德布罗意的意见，量子力学理论的物理波的奇异性。
2012-12-31 math-ph math.MP math.PR
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
Correlations between detectors allow violation of the Heisenberg noise-disturbance principle for position and momentum measurements
海森堡提出了一个噪声干扰原理，指出当位置测量和动量测量顺序进行时，噪声和干扰之间存在权衡，另一个原理对位置和动量联合测量中的不确定性的乘积施加限制。我们证明，前者，海森堡顺序噪声干扰原理，持有时，探测器被假定为最初彼此不相关，但它可以违反一些适当相关的初始准备的探测器。
2013-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
On the possibility of Vacuum-QED measurements with gravitational wave detectors
量子电动力学（QED）包括虚粒子产生，因此在存在磁场的情况下产生大于1的真空折射率。这种预测的效果至今尚未测量，即使经过大量的实验努力。其他作者曾提出用引力波探测器进行这种真空QED测量的可能性，本文对此建议作了一些新的考虑。特别是，我们看可能的源场磁铁的设计和进一步的限制，在一个引力波探测器的实施。我们的结论是，这样的实验似乎是可行的永磁体，但在其实施仍然具有挑战性。
2014-12-15 physics.ins-det quant-ph
