High-sensitivity force measurement using entangled probes
我们展示了在纠缠态中使用两米来提高弱力测量灵敏度的可能性。后者可以通过利用辐射压力效应来实现。
2003-01-10 quant-ph
A quantum collisional classifier driven by information reservoir
研究了探测量子比特与不同的承载量子信息的量子比特环境弱相互作用的开放动力学。结果表明,在Bloch量子比特参数空间中,基于耦合率,所提出的耗散模型对稳态下的库量子比特的量子信息进行了二元分类.为了描述耗散模型的动力学,我们采用了碰撞模型,其中库量子比特的输入信息参数很容易确定。我们开发了一个广义的分类规则的基础上的微脉泽主方程的分类可以描述的布洛赫参数的结果。此外,我们表明,建议的分类方案也可以通过量子参数估计。最后,我们证明了所提出的耗散分类方案适用于基于梯度下降的监督学习任务。
2022-11-29 quant-ph
Enhancing the sensitivity of quantum fiber-optical gyroscopes via a non-Gaussian-state probe
提出基于光场正交测量的非高斯态探针(PACS与CS乘积态)增强量子光纤陀螺仪灵敏度,发现其比高斯态探针最高灵敏三个数量级且抗光子损耗。
2024-06-04 quant-ph
Exchange Fluctuation Theorems for Non-Markovian Baths in Quantum Collisional Model
Harish-Chandra Research Institute(哈里什-昌德拉研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立研究所)
该研究在量子碰撞模型框架下,推导非马尔可夫热库的交换涨落定理,发现非马尔可夫记忆可提升逆温度梯度传热概率,建立环境记忆与非平衡热交换统计的微观联系。
2026-08-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Atom-Based Sensing of Weak Radio Frequency Electric Fields Using Homodyne Readout
我们利用零差检测技术,以实现一个新的灵敏度限制原子为基础的,绝对的射频电场传感的$\mathrm{5 μV cm^{-1} Hz^{-1/2} }$。马赫-曾德尔干涉仪用于零差检测。随着灵敏度的提高,我们研究了影响传感器性能的主要失相机制。特别是,我们目前的数据功率加宽,碰撞加宽和渡越时间加宽。我们的结果进行了比较密度矩阵计算。我们表明,光子散粒噪声的信号读出是目前的一个限制因素。我们建议,新的方法与优越的读出光子散粒噪声需要进一步提高灵敏度。
2016-10-29 physics.atom-ph quant-ph
Improving Sensitivity of an Amplitude-Modulated Magneto-Optical Atomic Magnetometer using Squeezed Light
本研究利用偏振自旋转产生的压缩光作为探测场,结合拉莫尔频率调幅的独立泵浦,实验证实调幅磁光原子磁强计的灵敏度可提升15%,验证了调制原子磁强计的量子增强效应。
2022-07-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum-enhanced magnetometry at optimal number density
本文研究在最优原子数密度下,利用压缩探测光与测量反作用规避技术提升光泵磁力计的灵敏度和带宽,实验证明其灵敏度可超越相干态探测在任何密度下的极限。
2023-08-24 physics.atom-ph quant-ph
Millimeter-scale rigid diamond probe for high sensitivity endoscopic-magnetometry applications
School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院);Beijing Quantum Technology Research and Development Center(北京量子技术研发中心)
本研究提出一种毫米级刚性钻石磁力计探针,通过优化光学设计提高灵敏度,实现200 pT/Hz1/2的灵敏度,适用于高灵敏度内窥镜磁力计应用。
2026-02-04 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Strong Quantum Spin Correlations Observed in Atomic Spin Mixing
我们在自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到了由碰撞诱导的自旋混合产生的亚泊松自旋关联。我们测量了低于相应相干自旋态的标准量子极限(SQL)的-7 dB(检测噪声校正为-10 dB)的量子噪声降低。使用荧光成像将自旋波动检测为自旋状态中的原子数差异,所述荧光成像对于100 $μ$ s的探测时间实现每个自旋分量8个原子的检测噪声基底。
2011-09-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Robust quantum sensing with strongly interacting probe systems
在量子精密测量和感测领域中,量子系统(例如自旋)的集合被用作探针以估计某个物理参数(例如磁场)。通常假设探针系统之间没有相互作用。我们发现,它们之间的强相互作用可以增加对热噪声的鲁棒性,从而提高灵敏度。原则上,如果存在长程相互作用,即使在非零温度下,灵敏度也可以按探针数量呈指数级缩放。该方案也可以与其他技术相结合,如动态解耦,以提高灵敏度在现实的实验。
2018-05-15 quant-ph
Multi-spin probes for thermometry in the strong-coupling regime
本研究将测温探针的分析拓展至强耦合区域,利用反应坐标映射和量子Fisher信息计算灵敏度,发现多自旋探针在最优耦合下可获得优于弱耦合热吉布斯态的测温精度,且该增强可通过次优测量观测。
2023-10-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Collision-induced C_60 rovibrational relaxation probed by state-resolved nonlinear spectroscopy
利用缓冲气体碰撞冷却和中红外频率梳探测技术,实现了C60分子的量子态分辨光谱,C60分子的对称性和刚性使得C60分子的振转量子态分辨成为有记录以来最大的分子,这也为探索这种多原子体系中量子态之间的能量转移提供了新的机遇和挑战.在这里,我们结合特定状态的光泵浦,缓冲气体碰撞,和超灵敏的腔内非线性光谱,启动和探测的旋转振动能量转移和弛豫。这种方法提供了第一个详细的表征C60碰撞能量转移的各种碰撞伙伴,并确定了旋转和振动的非弹性碰撞截面。这些结果与我们的碰撞理论模型相比较,并建立了一个新的一类前所未有的大分子的量子态控制的路线。
2022-10-04 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Long-range interacting Stark many-body probes with Super-Heisenberg precision
本文研究长程相互作用与填充因子对 Stark 多体探针测量弱梯度场的影响,揭示相互作用范围对局域化和灵敏度的非单调作用,并证明扩展相可实现超海森堡精度。
2023-11-03 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Coherent collisional decoherence
本文建立N个重粒子与背景气体相干散射的退相干计算框架,揭示多体相移及对比度损失机制,并指出高阶统计矩的相干增强可用于轻暗物质等超低反冲搜寻。
2024-09-10 cond-mat.quant-gas hep-ph physics.atom-ph
Sensitivity Evaluation of SU(1,1) Interferometers with Arbitrary Input Probe State and Homodyne Detections
Indian Institute of Technology Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校);Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);CNRS(法国国家科学研究中心);CentraleSupélec(中央理工-高等电力学院);Centre for Nanosciences and Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay(法国国家科学研究中心-巴黎萨克雷大学纳米科学与工程中心)
本文研究了在任意输入探测态和锁相检测条件下,SU(1,1)干涉仪的相位灵敏度,分析了内部和外部损耗的影响,并探讨了不同配置下的灵敏度提升来源。
2026-05-21 quant-ph
Near-Ultimate Quantum-Enhanced Sensitivity in Dissipative Critical Sensing with Partial Access
本文研究驱动 Jaynes-Cummings 耗散量子相变系统作为量子传感器,通过失谐选择优先双稳态实现不依赖初态的超线性灵敏度增强,并证明部分可及条件下零差探测结合贝叶斯估计即可接近全系统终极灵敏度极限。
2025-08-27 quant-ph
High-sensitivity measurement of Rydberg population via two-photon excitation in atomic vapour using optical heterodyne detection technique
我们提出了一种基于光外差探测的方法来测量热原子蒸气中的里德伯布居数。该技术使用远离铷的D2线共振的探测光束以及频率偏移800 MHz的参考光束,其中存在通过双光子共振耦合到里德伯态的耦合激光。探测光束、参考光束和耦合光束的偏振被适当地选择,使得仅探测光束经历由于双光子过程引起的非线性相移,该非线性相移是使用光学外差检测技术相对于参考光束的相移测量的。我们表明,该技术具有灵敏度,以测量几个$μ$ rad的顺序的最小相移。我们用一个合适的三能级原子双光子激发模型证明了实验中测得的最小相移对应于$10^{-5}$量级的里德堡布居数。对于给定的激光参数,相应的探测吸收为$10^{-7}$量级。我们证明,这种技术是不敏感的偏振杂质或波动的光束。该技术特别适用于在热蒸汽中通过双光子激发测量里德伯布居,其中多通道板(MCP)可能相对难以实现。在适当的激光参数下,也可用于超冷原子样品的分析。
2018-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Tuning the phase sensitivity of a double-lambda system with a static magnetic field
本文研究了直流磁场对由两个激光场、一个探测器和一个泵浦源耦合的双λ系统相位灵敏度的影响。结果表明,探针的增益和折射率既可以由磁场控制,也可以由两个激光场之间的相对相位控制。更有趣的是,当系统简化为单λ系统时,打开磁场将系统从相位不敏感过程转变为相位敏感过程。在脉冲探测机制中,我们观察到当调节磁场或相对相位时,慢光和快光之间的切换。使用涂层87Rb蒸汽电池的实验产生的结果与我们的数值模拟吻合良好。这一工作提供了一种新的、简单的方法来操纵相敏电磁感应透明或四波混频,并可能在基于此类系统的量子光学、非线性光学和磁强计等领域有重要的应用。
2013-04-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Temperature-induced measurement sensitivity enhancement via imaginary weak values
该研究针对混合初始探针态下的测量灵敏度问题,采用全阶耦合弱测量与后选择框架,发现升温可在弱测量区域内提升信噪比,且混合态下后选择探针的量子Fisher信息可超标准策略甚至随温度无界增长,揭示热噪声反直觉增强计量精度的新场景。
2025-09-04 quant-ph
Faraday spectroscopy in an optical lattice: a continuous probe of atom dynamics
利用线性法拉第效应对囚禁在光晶格中的激光冷却原子样品的自旋进行了连续测量。其中一束光晶格光束也用作探测光束,从而允许人们以最小的扰动实时监测原子动力学。一个简单的理论来预测的测量灵敏度和相关的成本方面的退相干所造成的散射的探测光子。计算的信噪比在测量的拉莫尔进动被发现同意与实验数据的晶格强度和失谐范围很广。最后,量子反作用估计通过比较测量灵敏度自旋投影噪声,并显示在当前的实验中是微不足道的。在光晶格中基于法拉第光谱的连续量子测量为量子反馈和经典混沌量子系统的研究开辟了新的可能性。
2003-04-24 physics.atom-ph quant-ph
Reduced back-action for phase sensitivity 10 times beyond the standard quantum limit
集体测量可以将一个系统投射到一个纠缠态,提高测量量子相位的灵敏度,但测量反作用限制了以前的努力,只有适度的改进。在这里,我们使用集体测量来产生并直接观察纠缠的自旋压缩态,没有背景扣除,与初始未纠缠的N = 4.8 x 10^5 87 Rb原子系综相比,相位分辨率在方差上提高了10.5(1.5)或10.2(6)dB。该测量使用光循环转变的腔增强探测器来减轻与由探测器引起的状态改变转变相关联的反作用。这项工作建立了集体测量作为一种强大的技术,用于产生纠缠的精确测量,在生物传感,通信,导航和基础物理测试的潜在影响。
2013-10-11 physics.atom-ph quant-ph
Bayesian estimation for collisional thermometry and time-optimal holonomic quantum computation
本论文一方面提出基于贝叶斯推理的碰撞测温分析框架,可在长时间极限下达到Cramér-Rao界;另一方面研究基于Λ系统的非绝热几何量子计算,得到耗散效应与旋转波近似有效性权衡下的量子门最优运行区间。
2023-07-16 quant-ph
Sub-femtotesla scalar atomic magnetometer using multipass cells
标量原子磁力计有许多吸引人的特点,但它们的灵敏度一直比较差。我们描述了一个Rb标量梯度计使用两个多程光学细胞。我们使用泵浦探测测量方案来抑制自旋交换弛豫,并使用两个探测脉冲来找到自旋进动零交叉时间,分辨率为1皮秒。我们实现了0.54 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$,这提高了一个数量级的最佳标量磁强计的灵敏度,并超过了量子限制设置的自旋交换碰撞的标量磁强计具有相同的测量体积在连续的制度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Bypassing thermalization timescales in temperature estimation using prethermal probes
本研究提出预热化温度探针的测温新范式,利用准简并能级的长寿命准平衡态,在保持与平衡探针相近灵敏度的同时大幅缩短测温时间,有效热灵敏度更优,为快速测温提供新方向。
2023-11-09 quant-ph
Optimized Single-Crystal Diamond Scanning Probes for High Sensitivity Magnetometry
金刚石中的带负电荷的氮空位中心(NV)形成了用于量子传感应用的通用系统。将这种原子大小的缺陷的有利性质与诸如原子力显微镜(AFM)的扫描探针技术相结合,使得能够对例如磁场进行纳米级成像。为了形成扫描探针装置,我们将单个NV浅地(即,< 20 nm)放置在金刚石纳米柱的顶面下方,所述金刚石纳米柱位于通常低于1 μm厚度的薄金刚石平台上。该装置可以连接到AFM头上,形成良好的扫描探针针尖。此外,它同时影响位于内部的NV的可收集的光致发光(PL)率。特别是使用连续光学检测磁共振(ODMR)的感测协议受益于增强的可收集PL率,从而提高了可实现的灵敏度。这项工作提出了一组全面的模拟,以量化设备几何形状对单个NV的可收集PL率的影响。除了几何参数(如支柱长度,直径和平台厚度),我们还专注于制造的不确定性,如NV的确切位置或不完美的蚀刻所引入的支柱的锥形几何形状。作为最后一步,我们使用这些单独的结果来优化我们当前的设备几何形状,与散装金刚石相比,可收集PL率实际增加了13倍,与未优化的设备相比增加了1.8倍。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Sensitivity, quantum limits, and quantum enhancement of noise spectroscopies
我们研究了噪声光谱的基本限制,使用估计理论,法拉第旋转探测原子自旋系统,和压缩光。我们找到了一个简单和一般的表达的Fisher信息,量化的灵敏度光谱参数,如共振频率和线宽。对于光学探测自旋噪声光谱,我们发现,对于任何给定的探测功率和原子数,散粒噪声都会产生“局部”标准量子极限,而当探测功率和原子数为自由参数时,散粒噪声也会产生“全局”标准量子极限.我们确认这些估计理论的结果,使用非破坏性法拉第旋转探测热Rb蒸汽,观察预测的最佳值,并找到良好的定量协议与自旋噪声谱的第一性原理计算。最后,我们使用压缩光显示超出原子和光子数优化的全球标准量子限制的灵敏度。
2018-05-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Squeezed-light enhancement and backaction evasion in a high sensitivity optically pumped magnetometer
研究了光偏振压缩效应对灵敏的量子噪声限制光泵磁强计性能的影响。我们利用Bell-Bloom(BB)光抽运来激发含$8.2 \cdot 10^{12} \mathrm{atoms/cm^3}$的$^{87}$ Rb蒸气,并利用法拉第旋转来探测自旋进动。亚$\mathrm{pT}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$灵敏度受到低(高)频率下的自旋投影噪声(光子散粒噪声)的限制。探针偏振压缩既提高了高频灵敏度,又增加了测量带宽,在任何频率都没有灵敏度的损失,直接证明了测量反作用噪声的规避。我们提供了一个模型的BB磁强计的量子噪声动力学,包括自旋投影噪声,探针极化噪声,和测量反作用的影响。该理论表明如何偏振压缩减少光学噪声,而测量反作用,由于伴随的椭圆反压缩分流到不可测量的自旋分量。该方法与高密度和多通道技术兼容,可达到极高的灵敏度。
2021-11-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum-enhanced interferometry with large heralded photon-number states
量子现象,如纠缠,可以改善测量探针灵敏度的基本限制。在光学干涉测量中,与相同能量的经典探针相比,由$N$纠缠光子组成的探针提供高达$\sqrt{N}$的相位灵敏度增强。在这里,我们采用高增益的参数下转换源和光子数分辨探测器来执行干涉测量与尺寸高达$N=8$(即测量高达16个光子的重合)的量子探针。我们的探测器是通过将预示的光子数态注入干涉仪来创建的,并且原则上即使在存在显著光学损耗的情况下也能提供量子增强的相位灵敏度。我们的工作为利用大纠缠光子态实现量子增强干涉测量铺平了道路。
2020-10-13 quant-ph
Precision Enhancement in Transient Quantum Thermometry:Cold-Probe Bias and Its Removal
Harish-Chandra Research Institute(哈里什·昌德拉研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立研究所)
研究揭示了在马尔可夫动力学下暂态量子热计中的温度偏差,证明冷探针是实现超越稳态基准精度的必要且充分条件,并探讨了环境记忆对偏差的影响。
2026-04-25 quant-ph
Entanglement Enhanced Sensing with Qubits affected by non-Markovian Dephasing
University of Copenhagen(哥本哈根大学);The Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔研究所)
研究探讨了在存在非马尔可夫去相位噪声下,纠缠量子比特在Ramsey谱学中的传感灵敏度提升机制,证明纠缠态在噪声相关性下具有更好的灵敏度扩展特性。
2026-10-20 quant-ph
Open-System Probe Selection and Optimal Measurements for Dispersive Coupling Metrology
Stevens Institute of Technology(史蒂文斯理工学院)
本研究探讨开放系统中色散耦合计量,发现探针选择、环境记忆及测量方式共同影响灵敏度,并找到接近量子极限的固定可观测量。
2026-10-07 quant-ph
Quantum Enhanced Sensitivity through Many-Body Bloch Oscillations
研究Bloch振荡量子系统的传感能力,发现量子Fisher信息在扩展相和局域相呈现不同标度,长时间下触及Heisenberg极限,增加激发数提升精度,简单测量结合最大似然估计可逼近极限精度。
2025-07-08 cond-mat.str-el quant-ph
Practical Quantum Metrology in Noisy Environments
研究了在单位相位协变噪声存在的情况下,利用有限资源,利用二能级探针估计未知相位$ φ$的问题。我们介绍了一个简单的模型,其中的相位印迹操作的探针是通过一个随机采样生成器的幺正变换实现的。我们确定的顺序估计协议中的最佳相位灵敏度,并推导出一个一般的(紧拟合)下限。灵敏度随着相位印记操作的应用次数$ N $成二次方增长,然后在某个$ N_\text{opt} $处达到最大值,并最终衰减到零。我们根据噪声的可访问几何属性提供了对$ N_\text{opt} $的估计,并说明了其作为优化估计协议的指南的有用性。还考虑了使用无源辅助元件和纠缠探针并行以提高相位灵敏度。我们发现,多探针纠缠可能不会提供任何实际的优势,单探针相干性,如果在输出端的询问仅限于测量本地可观的。
2016-10-04 quant-ph
Individual quantum probes for optimal thermometry
样品的未知温度可以通过使其与单独的量子探针热接触而以最小的干扰来估计。如果相互作用时间足够长,使探头热化,则可以直接从其稳定状态读取温度。本文证明了最佳量子探针是一个具有最大简并激发态的有效二能级原子,它可以作为具有最大热灵敏度的温度计。当总的相互作用时间不足以产生充分的热化,我们优化的估计协议,将其分解成连续的阶段,探针的准备,热接触和测量。我们观察到,经常询问的探针初始化在基态实现最佳性能。对于完全热化和部分热化温度计,灵敏度随着能级数量的增加而显著增加,但对其能谱的优化始终至关重要。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nanodiamonds based optical-fiber quantum probe for magnetic field and biological sensing
金刚石中的氮空位中心由于其独特的电子自旋性质,已成为一种强有力的量子传感器,可用于测量各种物理参数和生物物种。在这项工作中,一个微型光纤量子探针,配置通过化学改性纳米金刚石NV中心的锥形光纤尖端的表面上,开发。基于连续波光检测磁共振方法和锁相放大技术,发现在化学修饰过程中,通过改变纳米金刚石的分散浓度和修饰时间,可以设计探针的传感性能。结合一对磁通量集中器,探针的磁场检测灵敏度显著提高到0.57 nT/Hz 1/2@1 Hz,这是基于纳米金刚石NV的光纤磁力计中的新记录。以Gd ~(3+)为例,实验验证了该探针对顺磁粒子的探测能力。我们的工作为NV中心作为量子探针的开发提供了一种新的途径,具有高集成度、微型化、多功能、高灵敏度等特点。
2022-02-25 physics.optics quant-ph
Noisy Stark probes as quantum-enhanced sensors
本文研究退相干对Wannier-Stark探针量子增强传感性能的影响,通过非厄米描述证明增强灵敏度在一定退相干强度范围内仍可维持,并用非互易耦合系统验证。
2025-06-04 quant-ph
Entanglement-enhanced probing of a delicate material system
量子精密测量利用纠缠和其他量子效应来提高要求苛刻的测量的灵敏度。精密系统的探测需要有限的探测能量的高灵敏度,并激发了该领域的关键基准-标准量子极限。在这里,我们报告了第一个纠缠增强测量一个微妙的材料系统。我们非破坏性地探测原子自旋系综通过近共振法拉第旋转,测量是有限的探针诱导的量子存储器和自旋压缩应用中的散射。我们使用窄带,原子共振NOON状态击败标准量子极限的灵敏度超过五个标准偏差,无论是在每光子和每损伤的基础上。这展示了具有完全真实的损耗和噪声的量子增强,包括可变损耗效应。该实验为超温和探测单原子、单分子、量子气体和活细胞开辟了道路。
2012-12-19 quant-ph
High sensitivity optical Faraday-magnetometry with intracavity electromagnetically induced transparency
提出了一种基于法拉第旋转和腔内电磁感应透明的弱磁场探测的多原子腔量子电动力学系统。我们的研究表明,腔模与原子系综之间的集体耦合可以用来提高灵敏度。在单光子探测条件下,灵敏度与原子数成反比,可达到0.7(5)nT/ $\sqrt{\rm Hz}$。数值计算表明,在多光子测量下,磁场灵敏度可提高到4.7(9)fT/ $\sqrt{\rm Hz}$。
2016-05-09 quant-ph
Pulsed pump in optical displacement transducer for experiments with probe bodies
估算了用高强度激光脉冲训练泵浦的位移传感器的灵敏度。由于泵浦的多分量特性,考虑光模之间的信号和噪声的变换在估计潜在的灵敏度中起着重要的作用。用脉冲激光的时间平均功率代替激光功率,得到了与连续波泵浦类似的最小可检测经典外力的表达式。考虑了这种换能器的反作用噪声补偿的可能方案。为了完全抑制反作用噪声,本机振荡器的场必须以与泵浦场相同的时间依赖性来脉动。
2000-03-16 gr-qc physics.gen-ph physics.optics