Quantum interferometer combining squeezing and parametric amplification
高精度干涉仪是精密计量的基础，而量子噪声限制了干涉仪的最终灵敏度。在这里，我们提出并实验证明了一个紧凑的量子干涉仪，包括两个光学参量放大器和压缩态内产生的干涉仪直接用于相位传感量子态。通过压缩散粒噪声和放大相位敏感强度，确定性地实现了超过标准量子极限的$4.86\pm 0.24$ dB的灵敏度提高，并在相同的相位敏感强度下获得了比现有干涉仪更小的最小可探测相位。这种干涉系统在各种物理量微小变化的测量中具有显著的潜在应用。
2020-05-05 quant-ph
Enhancing the sensitivity of amplification of rotation velocity in Sagnac's interferometer with biased weak measurement
近年来，在光学计量中，有偏弱测量（BWM）显示出比常规测量和标准弱测量（SWM）更高的精度。本文提出了一种利用Sagnac干涉仪中的BWM检测旋转速度的方案。特别是，BWM采用了额外的减少光子在后选择通过引入预耦合，和剩余的光子已被证明是非常敏感的估计参数。此外，数值结果表明，采用BWM格式比采用SWM格式具有更高的灵敏度。
2021-10-21 quant-ph
Improving the precision of weak-value-amplification with two cascaded Michelson interferometers based on Vernier-effect
提出了一种基于游标效应的改进型弱值放大镜测速技术。利用两台级联的迈克耳孙干涉仪，实现了灵敏度的提高和信噪比的提高。这两种干涉仪由相似的光学结构组成。一个具有固定反射镜的干涉仪充当游标尺的固定部分，而另一个具有移动反射镜的干涉仪充当游标尺的滑动部分以用于速度感测。在一定的增强因子下，级联干涉仪的包络移动远大于单个干涉仪，这与两个干涉仪之间的自由空间距离差有关。此外，我们计算了${\rm SNR}$的基础上的Fisher信息的MWVA技术和传统的弱值放大（TMVA）技术。结果表明，在我们的时间测量窗口范围内，采用MWVA技术的${\rm SNR}$大于采用TWVA技术的${\rm SNR}$。我们的数值分析证明，我们的MWVA技术是更有效的TWVA技术。并且利用游标效应的原理，进一步提高MWVA技术测量其他量的灵敏度和${\rm SNR}$，具有实用性和方便性。
2021-07-30 physics.optics quant-ph
Complementary weak-value amplification with concatenated postselections
我们测量了Sagnac干涉仪中的横向动量踢使用弱值放大与两个后选择。第一后选择由Sagnac干涉仪的两个路径之间的偏振相关相位失配控制，并且第二后选择由出口处的偏振器控制。通过监测干涉仪的暗端口，我们研究了级联后选择的互补放大，其中偏振消光比大于空间干涉的对比度。在这种情况下，我们发现，通过引入第二个postselection系统的感兴趣的信号的放大的改善。
2016-10-17 physics.optics quant-ph
Robust Quantum Control via Multipath Interference for Thousandfold Phase Amplification in a Resonant Atom Interferometer
本研究提出利用量子最优控制调控杂散轨迹多路径干涉的新技术，提升光脉冲原子干涉仪鲁棒性，在共振系统中实现千倍相位放大，还提出缓解自发辐射与多脉冲作用产生寄生干涉的策略，有望助力各类量子传感器及物质波干涉仪应用。
2024-12-12 physics.atom-ph quant-ph
Postselected amplification applied to Mach-Zehnder-interferometer for phase shift measurement of optical coherent states
提出一种基于后选择放大的马赫-曾德尔干涉仪方案，用于光学相干态相移测量，在AAV极限下与弱值放大一致，超出极限时性能不同，并通过正交测量提取放大相移及分析误差影响。
2024-11-25 quant-ph
Anomalous Amplification of a Homodyne signal via Almost-Balanced Weak Values
最近提出了几乎平衡弱值放大（ABWV）技术[Phys.Rev.Lett. 116：100803（2016）]。我们证明了这种技术，使用修改后的Sagnac干涉仪，其中对传播的光束在空间上分离。相对于在Sagnac干涉仪中使用共线光束，两个光束之间的分离提供了额外的放大。作为该技术的演示，我们执行的角速度在干涉仪的反射镜之一的测量。在相同的设置，弱值放大技术也进行了比较。使用几乎平衡弱值技术可以获得更高的放大因子，在我们的实验中获得的最佳放大因子高达$1.2\times10^7$。此外，在我们的实验中，放大因子随着ABWV情况下的选择后阶段的减少而单调增加，这不是在小的选择后阶段的弱值放大的情况。
2016-12-26 physics.optics quant-ph
Enhanced on-chip frequency measurement using weak value amplification
提出了一种利用多模干涉仪进行弱值放大来精确测量光频的集成设计。该技术涉及向系统引入弱扰动，然后以这样的方式后选择数据，即信号被放大而不放大技术噪声，如先前在自由空间设置中所示。我们展示了具有两个带隙的布拉格光栅的优点，以获得同时，稳定的高传输和高色散。我们对干涉仪进行了数值建模，以证明放大效应。该设备被证明具有优势，在自由空间的实施和其他方法测量光频率的芯片上，如集成马赫-曾德尔干涉仪。
2021-03-29 physics.optics quant-ph
Reduction of quantum noise and increase of amplification of gravitational waves signals in Michelson interferometer by the use of squeezed states
本文指出，在用于引力波探测的迈克耳孙干涉仪中，由于高激光强度而产生的量子噪声可以通过将压缩真空态送到干涉仪的“暗”端口来减小。这种物理系统的实验细节已经在Barak和Ben-Aryeh最近的一篇文章（JOSA-B，25，361（2008））中描述。在Voronov和Weyrauch最近的另一篇文章（Phys. Rev.A81，053816（2010））中，他们遵循了我们处理同一物理系统的方法，并指出了我们的一个表达式的符号中的错误，从而声称消除了我们的物理结果。我在这里展示了一种方法，通过这种方法，光子数算子的期望值增加，同时标准差减少。虽然由于我们表达式中符号的错误，获得这种结果的物理方法与我们原来的研究[1]不同，但主要的物理效应仍然存在。
2010-05-26 gr-qc quant-ph
Geometric phase amplification in a clock interferometer for enhanced metrology
本文提出利用时钟干涉仪在临界工作点附近通过几何相位放大实现信噪比增益，实验测得8.8分贝精度增强，并有望在更高原子通量下达到数十分贝，为基础物理探测和高性能传感提供新途径。
2024-05-16 quant-ph
Extension of the input-output relation for a Michelson interferometer to arbitrary coherent-state light sources: --- Gravitational-wave detector and weak-value amplification ---
本文对传统迈克尔逊干涉引力波探测器的输入输出关系进行了推广，使其能处理任意相干态的注入光束。这一推广是澄清传统引力波探测器与[A.~]中弱测量激发的引力波探测器简单模型之间关系的必要研究之一。Nishizawa，Phys.Rev.A { \bf 92}（2015），032123.]。导出的输入输出关系不仅描述了一个传统的迈克尔逊干涉引力波探测器，但也弱测量的情况。因此，我们可以说，传统的迈克尔逊引力波探测器已经包括了弱值放大的本质，即通过在暗端口处的测量来减少来自光源的量子噪声。
2018-02-22 gr-qc quant-ph
Back-action amplification and quantum limits in optomechanical measurements
光学干涉测量法是迄今为止最灵敏的位移测量技术，目前运行的大尺度引力波干涉仪的灵敏度为10^-20 m/rootHz。第二代干涉仪的灵敏度将提高10倍，并且主要受到量子噪声的限制，接近标准量子极限（SQL），这曾被认为是干涉测量可实现的最终位移灵敏度。在这封信中，我们通过实验证明了设想超越SQL的技术之一：在失谐腔中通过辐射压力反作用放大信号。
2009-12-21 gr-qc quant-ph
Engineering the Optical Spring via Intra-Cavity Optical-Parametric Amplification
这种“光学弹簧”是动力学反作用的结果，可以用来提高腔增强引力波探测器的灵敏度。如果腔长度的振荡导致具有光的辐射压力放大腔长度的振荡的相位关系的腔内光功率的振荡，则发生该效应。在这里，我们分析了一个迈克耳孙干涉仪，其光学弹簧腔包括一个额外的光学参量放大器与可调相位。我们发现，相位的参量泵浦场是一个通用的参数，用于成形干涉仪的光谱密度。
2017-11-09 gr-qc quant-ph
Reduction of quantum noise in optical interferometers using squeezed light
研究了用于引力波探测的光干涉仪中的光子计数噪声。为了减少量子噪声，压缩真空态被注入到通常未使用的输入端口。在这里，我们专门研究所谓的“暗端口情况”，当分束器与入射激光束成90°时，几乎所有的光子都进入干涉仪的一个输出端口，只有一小部分光子在另一个端口（“暗端口”）被看到。对于这种情况，已经提出信号放大是可能的，而没有同时的噪声放大[R.Barak和Y.Ben-Aryeh，J.Opt.Soc.Am.B25（361）2008]。我们表明，通过注入压缩真空状态到第二个输入端口，计数噪声降低了压缩因子的大值，但信号没有被放大。信号强度仅取决于激光束的强度。
2010-10-25 gr-qc quant-ph
Angular displacements estimation enhanced by squeezing and parametric amplification
本文从理论上研究了一种改进的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的角位移估计方法，该干涉仪是在标准MZI的两臂上分别引入两个光参量放大器（PA）。PA的使用既可以压缩散粒噪声，又可以放大干涉仪内部的光子数。在双臂引入未知角位移的情况下，利用量子费舍尔信息矩阵方法推导了多参数量子Cramér-Rao界（QCRB），并将双臂间角位移差的界与强度探测对角位移的灵敏度进行了比较.另一方面，在未知角位移仅在一个臂上的情况下，利用零差检测方法，给出了角位移的灵敏度。它可以超过标准量子极限（SQL），并接近单参数QCRB。最后讨论了光子损失对灵敏度的影响。
2020-08-28 quant-ph
Nonlinear Phonon Interferometry at the Heisenberg Limit
干涉仪在量子极限或接近量子极限的精度下工作，在标准模型之外的物理学研究、自然界基本力和对称性的研究以及量子力学的基础测试中得到了广泛的应用。量子涨落和测量反作用对传统干涉仪（$δϕ\sim 1/\sqrt{N}$）的限制促使人们开发了通过量子干涉、多粒子相互作用和纠缠来规避这些限制的方案。这种方案的一个突出例子，即所谓的$SU(1,1)$干涉仪，已被证明对粒子损失和低效检测特别鲁棒，并已被证明与光子和超冷原子。在这里，我们实现了一个$SU(1,1)$干涉仪在一个全新的平台，其中的干扰臂是不同的弯曲模式的毫米级机械谐振器。我们实现了高达15.4（3）dB的噪声压缩，并证明了海森堡定标的干涉灵敏度（$δϕ\sim 1/N$），对应于一个6倍的改进，在传统的干涉仪的测量精度。我们的工作扩展了宏观机械运动的量子操纵的光机工具箱，并提出了新的途径，研究光机传感和多模光机系统的非平衡动力学。
2016-01-11 quant-ph
Gravitational Wave Detection via Weak Measurements Amplification
提出了一种基于弱测量的超小相位放大方案，并提出了一种基于弱测量放大的激光干涉引力波天文台（WMA-LIGO）。WMA-LIGO具有将超小相位信号放大到至少$10^{3}$数量级的潜力，从而可以进一步提高引力波探测器的灵敏度和带宽。我们的结果不仅为量子测量提供了新的思路，也为引力波的探测开辟了一条新的途径。
2017-11-02 gr-qc quant-ph
Length sensing and control of a Michelson interferometer with Power Recycling and Twin Signal Recycling cavities
功率回收和信号回收技术是提高大尺度引力波探测器灵敏度的关键技术，它通过干涉仪内光功率和信号边带的独立共振增强来实现。进一步发展后者的概念，提出了双信号回收作为传统失谐信号回收的替代方案。双信号再循环的特征在于传统失谐信号再循环的窄带灵敏度增益，但还促进了光的压缩态的注入，增加了宽频带上的检测器灵敏度，并且需要用于最佳信号读出的较不复杂的检测方案。这些益处是以额外的再循环反射镜为代价的，因此增加了干涉仪中需要控制的自由度的数量。在这篇文章中，我们描述了长度传感和控制方案的发展，并成功地应用于桌面规模的双信号能量回收迈克耳孙干涉仪。我们能够在所有相关的纵向自由度上锁定干涉仪，使实验能够长期稳定运行。因此，我们奠定了基础，为进一步研究这种干涉仪拓扑结构，以评估其在引力波探测器中的应用的可行性。
2012-11-29 gr-qc physics.optics quant-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
Photon Counting Interferometry to Detect Geontropic Space-Time Fluctuations with GQuEST
针对GQuEST实验探测时空涨落的需求，提出采用新型光子计数读出方法的干涉仪设计，突破标准量子极限，可在比传统干涉仪短至少100倍的时间内检测向地量子引力模型预测的时空涨落，提升实验室探测量子引力信号的效率与灵敏度。
2025-02-15 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Photon Added Coherent States: Nondeterministic, Noiseless Amplification in Quantum Metrology
对于相干输入态，讨论了马赫-曾德干涉仪输出端通过光子相加的概率放大。当考虑信噪比的度量时，对于$m$光子的一般加法，相干态的非确定性无噪声放大显示出优于标准相干态的改进。还考虑了光子加法的可实现的实现的效率，并且示出了后选择状态的收集的统计如何取决于该效率。我们还考虑了光子损失和低效率探测器的影响。
2016-12-29 quant-ph
Postselected amplification applied to atomic magnetometers
本文将原子磁强计嵌入马赫-曾德尔干涉仪，利用光子路径信息后选择放大法拉第旋转角，在探测器饱和与偏振串扰条件下超越传统测量，提升光学原子磁强计灵敏度。
2024-11-23 quant-ph
Quantum noise in optical interferometers
研究了用于引力波探测的光干涉仪中的光子计数噪声。为了减少量子噪声，压缩真空被注入通常未使用的输入端口。本文研究了在什么条件下可以放大引力波信号而不增加计数噪声。这种可能性被认为是分束器两个输出端口纠缠的结果。我们发现，在合理的压缩参数下，不增加噪声的放大是不可能的。计算了不同分束角和压缩参数下的光子分布。
2010-06-24 gr-qc quant-ph
An experimental proposal to study collapse of the wave function in travelling-wave parametric amplifiers
微波量子比特状态的读出使用放大链发生，该放大链将量子态放大为用经典测量装置可检测的信号。然而，在这个过程中，量子态在哪一点上才真正被“测量”？为了研究“测量”是否发生在放大链中，其中参量放大器通常被选择为第一放大器，建议构造一种微波干涉仪，其每个臂上都添加有这样的放大器。通过向干涉仪提供单光子，干涉可见度取决于放大器的增益以及在放大过程中是否发生测量崩溃。由标准量子力学给出的可见度被计算为增益、插入损耗和温度的函数。我们发现在不考虑损耗的情况下，在大增益的极限中的可见度为1/3，如果放大器的插入损耗在50 mK的温度下为2.2 dB，则该可见度降低到0.26。它示出，如果波函数崩溃内的干涉仪，测量的可见性降低相比，其幅度预测的标准量子力学，一旦这个崩溃过程集。
2021-01-13 quant-ph
On Amplification by Weak Measurement
本文分析了Sagnac干涉仪上Aharonov-Albert-Vaidman弱量子测量的放大效应[P.B. Dixon等人，物理修订版信函102，173601（2009）]，直到被测系统和测量装置之间的耦合强度的所有阶数。放大器将反射镜的小倾斜转换成激光束的大横向位移。传统的分析表明，测量值与弱值成正比，因此放大率可以以降低输出激光强度为代价而任意增大。结果表明，实际上，测量位移和放大因子与弱值不成正比，而是在输出强度无穷小的极限下为零。我们推导出最佳重叠的前和后选定的状态，放大成为最大。我们还表明，非线性效应开始出现在所进行的实验，使任何改进的实验中，通常与放大大于100，应该需要的非线性理论翻译的观测值的原始位移。
2011-08-09 quant-ph
Weak value amplification and beyond the standard quantum limit in position measurements
在具有后选择的弱测量中，被称为弱值的测量值可以被放大超过可观测的本征值。然而，对于弱值放大在提高测量灵敏度方面是否实用存在一些争议，其中基本量子噪声占主导地位。本文在适当考虑量子散粒噪声和辐射压噪声的情况下，研究了光干涉仪的灵敏度极限。为了做到这一点，我们在海森堡图像中制定了弱值放大，这使我们能够直观地理解当测量结果被后选择并且弱值被放大时会发生什么。结果，我们发现灵敏度极限由标准量子极限给出，这与标准干涉测量中的量子极限相同。我们还讨论了一种绕过标准量子极限的方法。
2015-04-29 quant-ph
Phase amplification in optical interferometry with weak measurement
提高干涉测量的相位分辨率对于各种物理量的高精度测量至关重要。系统相位误差在大多数实际光学干涉仪中占主导地位。在这里，我们提出并实验证明了一个弱测量方案，大大抑制相位不确定性的直接放大的相移在光学干涉测量。给定初始的超小相移之间的正交偏振态，我们观察到的相位放大效应的一个因素为388。我们的弱测量方案提供了一种实用的方法，以显着提高干涉相位分辨率，这是有利于精密测量应用。
2018-03-21 physics.optics quant-ph
SU(2)-in-SU(1,1) Nested Interferometer for Highly Sensitive, Loss-Tolerant Quantum Metrology
我们提出了一种新的干涉仪拓扑结构的实验和理论结果，嵌套SU（2）干涉仪，例如，马赫-曾德尔或迈克耳孙干涉仪，在SU（1，1）干涉仪内，即，用参量放大器代替分束器的马赫-曾德尔干涉仪。这种SU（2）-in-SU（1，1）嵌套干涉仪（SISNI）同时实现了高信噪比（SNR）、超过标准量子极限（SQL）的灵敏度和对干涉仪外部光子损失的容限，例如，在探测器中。我们利用Rb蒸气中的四波混频参量放大和激光马赫-曾德尔SU（2）干涉仪实现了SISNI。我们观察到的路径长度的灵敏度与SNR 2.2 dB超出SQL的功率水平（因此SNR）2个数量级超出以前的损失容忍干涉仪。我们发现实验的最佳四波混频增益，并发现协议与最小的量子噪声模型的四波混频过程。研究结果提出了提高高功率干涉仪的实际灵敏度的方法，例如，引力波干涉仪，并且可以在高效检测器不可用的波长处实现高灵敏度、量子增强干涉测量。
2022-07-13 quant-ph
Squeezing-Enhanced Two-Phase Estimation with N-Particle W-type States
Weinan Normal University（渭南师范学院）；Engineering Research Center of X-ray Imaging and Detection, Universities of Shaanxi Province（陕西省X射线成像与探测工程研究中心）；School of Computer Science and Technology, Weinan Normal University（渭南师范学院计算机科学与技术学院）；Henan Normal University（河南师范大学）；Nanchang Hangkong University（南昌航空大学）
研究利用光学参量放大提升三模干涉仪中双光学相位估计精度，揭示放大内模式光子数相关性是提升精度的关键，且在有损环境下仍具鲁棒性。
2026-03-19 quant-ph
Tunable linear-optical phase amplification
本文提出线性光学相位放大原理，通过将相位偏移非线性映射到新空间，实现可连续调谐的增强型移相器，并在马赫-曾德尔干涉仪中使强度-相位斜率提升超过二十倍。
2024-05-06 physics.optics quant-ph
Teleamplification on the Borealis boson-sampling device
本文将远程放大理论方案适配至 Borealis 玻色采样设备，实验演示可变增益的压缩真空态无噪声线性放大，保真度达 50%–93%。
2023-12-07 quant-ph
Broadband detuned Sagnac interferometer for future generation gravitational wave astronomy
在标准量子极限（SQL）以下的量子噪声的宽带抑制成为未来一代的大型地面引力波探测器的首要问题，作为先进的LIGO项目的干涉仪，预先设计的量子噪声限制在几乎整个检测波段，分阶段。为此，在各种提出的量子噪声抑制或信号放大方法中，最复杂的方法意味着两个迈克耳孙干涉仪的所谓“木琴”配置，每个干涉仪针对其自己的频带进行优化，其组合宽带灵敏度远低于SQL。尽管很巧妙，但这是一个相当昂贵的解决方案。我们证明，改变光学方案的Sagnac干涉仪与弱失谐信号回收和频率相关的输入压缩可以做几乎一样好的工作，作为木琴显着降低支出。我们还表明，Sagnac干涉仪是更强大的光学损耗的滤波腔，用于频率相关的压缩真空注入，比一个类似的迈克耳孙干涉仪，从而降低建设成本甚至更多。
2015-03-05 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Strengthening weak value amplification with recycled photons
我们考虑使用循环弱测量来提高弱值放大精密测量方案的灵敏度。以前的弱值实验只使用了一小部分事件，而通过“后选择”过程丢弃了其余的事件。我们扩展了这个想法，考虑回收的事件通常是未使用的弱测量。在这里，我们处理一个序列的偏振激光脉冲有效地被困在一个干涉仪内使用普克尔盒和偏振光学。原则上，所有光子都可以被后选择，这将提高测量灵敏度。我们首先提供了一个定性的参数，预期的改善回收光子，准直光束脉冲的回收的确切结果，和发散光束的数值计算。我们表明，光束退化的影响可以减轻通过轮廓翻转或芝诺整形。这种再循环方案的主要优点是有效的功率增加，同时保持放大的偏转。
2013-05-20 physics.optics quant-ph
Noise-Powered Probabilistic Concentration of Phase Information
已知未知量子态的相位不敏感光学放大是基本上有噪声的操作，其不可避免地将噪声添加到放大状态[1 - 5]。然而，这种放大中的基本噪声惩罚可以通过诉诸最近提出的概率方案来规避，并在参考文献[6 - 8]中得到证明。这些放大器基于复杂干涉仪中的高度非经典资源。在这里，我们展示了一个利用热噪声源和光子数减法方案击败基本量子极限的概率量子放大器[9]。实验表明，令人惊讶的是，非相干噪声的添加导致无噪声放大的输出状态，其相位不确定性低于放大前的状态的不确定性。这种放大器在未来的量子通信方案和量子通信协议中可能成为一种有价值的量子工具。
2010-06-07 quant-ph
The design of a new fiber optic sensor for measuring linear velocity with pico meter/second sensitivity based on Weak-value amplification
提出了一种基于广义Sagnac效应的具有弱值放大的皮米/秒灵敏度的新型光纤线速度传感器[Phys. Rev. Lett. \textbf{93}，143901（2004）]。Yao等人首先介绍了广义Sagnac效应，其包括旋转的Sagnac效应作为特例，并提出了一种用于测量具有纳米级灵敏度的线性运动的新的光纤传感器。通过在动量空间中使用不同的方案来执行Sagnac干涉仪，我们已经证明了通过放大广义Sagnac效应的相移来检测线速度的新的弱测量方案。给定初始光谱的最大入射强度、光谱仪强度的检测极限，我们可以在实验前从理论上给出合适的预选、后选等光学结构。数值计算结果表明，采用弱值放大的方法可以有效地实现对线速度的探测，其灵敏度比相同光纤长度下广义Sagnac效应的结果$ν$ =4.8 $\times$ $10^{-9}$ m/s小3个数量级。
2021-09-23 quant-ph
Atom-light-correlated quantum interferometer with memory-induced phase comb
针对量子干涉仪相位灵敏度受标准量子极限限制的问题，提出结合原子-光量子关联与原子记忆辅助相位梳叠加的混合干涉方案，实验实现最高8.3±0.2dB的超标准量子极限灵敏度，可推动多领域量子测量发展。
2024-10-31 quant-ph
Boosting Gaussian Boson Sampling using Optical Parametric Amplification Networks
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
针对光学损耗导致高斯玻色采样可经典模拟的问题，提出基于光学参量放大器网络的非线性光子架构，通过放大量子关联并保持输出概率的#P-hard Hafnian结构，在损耗环境下保持计算难解性。
2026-05-28 quant-ph
Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometer experiment
从一开始，量子理论就揭示了一些不同寻常的和违反直觉的现象，如波粒二象性、薛定谔猫和量子非定域性。在量子测量的研究中，人们发现一个涉及量子系综的前后选择与弱相互作用相结合的过程会产生意想不到的结果。这种方案，通常被称为“弱测量”，不仅可以用作放大技术和最小干扰测量，而且还可以用于探索量子悖论。最近，量子柴郡猫引起了人们的注意：量子系统可以表现得好像粒子和它的属性（例如它的偏振）在空间上是分离的。到目前为止，大多数研究弱测量的实验都是用光子装置进行的。为了揭示量子柴郡猫的特性，使用非零质量粒子是最有吸引力的，因为没有经典描述是可能的。在这里，我们报告一个实验，使用中子干涉仪创建和观察一个纯粹的量子力学柴郡猫。实验结果表明，该系统的行为，如果中子通过一个光束路径，而他们的自旋沿其他旅行。
2013-12-13 quant-ph
Characterization of spatial Schmidt modes in high-gain SU(1,1) interferometers
Heinz Nixdorf Institute, Paderborn University（海因茨·诺伊多夫研究所，帕德博恩大学）；Department of Electrical Engineering and Information Technology, Paderborn University（电气与信息工程系，帕德博恩大学）；Department of Physics, Paderborn University（物理系，帕德博恩大学）
本文通过联合施密特分解，理论分析了SU(1,1)干涉仪的模态结构，揭示了参量下转换模式与干涉仪整体模式之间的复杂相互作用，并发展了多模压缩测量技术的严格处理方法。
2026-05-30 quant-ph
Beating the standard sensitivity-bandwidth limit of cavity-enhanced interferometers with internal squeezed-light generation
腔增强干涉测量装置（例如引力波检测器）的散粒噪声限制峰值灵敏度可通过增加腔精细度来改进，即使在比较固定腔内光功率时也是如此。对于检测器内部的固定光功率，这是以检测带宽成比例减少为代价的。然而，在大跨度的信号频率上的高灵敏度对于天文观测是必不可少的。利用光场中的非经典相关性可以克服这个标准的灵敏度带宽限制。在这里，我们调查的内部压缩的方法，其中的参数放大过程中创建一个非经典相关直接内部的干涉仪腔。我们从理论上分析了这种方法的局限性，并测量了与经典情况相比，灵敏度带宽乘积增加了36%。据我们所知，这是第一个实验演示的灵敏度带宽产品使用内部压缩的改善，开辟了一个新的类的光机械力传感设备的方式。
2017-02-13 gr-qc quant-ph
Spectrally enhanced gravitational redshift signals in photonic interferometry
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Palacký University（帕拉茨基大学）；CNR - Istituto Nazionale di Ottica (CNR-INO)（国家研究委员会光学研究所）；LENS - European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy（欧洲非线性光谱学实验室）；Università degli Studi di Firenze（佛罗伦萨大学）；Universität Stuttgart（斯图加特大学）
本文提出将光子干涉仪臂耦合到超窄原子跃迁光学散射体的光谱增强策略，可在厘米级高度差下产生显著引力红移信号，为桌面光学检验量子力学与广义相对论的相互作用提供了可行途径。
2026-10-14 gr-qc quant-ph
Quantum Enhanced Interferometer for Kilohertz Gravitational Wave Detection
未来的引力波天文学和宇宙学研究需要更高灵敏度和更大千赫窗口带宽的引力波探测器。本文介绍了一种利用光的偏振态作为信号载体的新型宽带高频激光干涉引力波探测器。除了法布里-珀罗腔臂外，我们还引入了双功率循环来进一步放大引力波信号。提出了一种新的微弱测量放大方法，用于放大探测信号，保证探测器的长期运行。该探测器配备了压缩光，在300 Hz到几kHz的窗口内显示出足够的灵敏度，使其适用于高频引力波源的研究。将该探测器加入到现有的探测网络中，可以显著提高探测双星中子星合并物理的能力。该探测器的研制为今后地面引力波探测器的研制提供了一种新的思路。
2021-07-13 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Enhancing Sensitivity of an Atom Interferometer to the Heisenberg Limit using Increased Quantum Noise
在采用$N$原子的常规原子干涉仪中，相位灵敏度处于标准量子极限：$1/\sqrt{N}$。使用自旋压缩，可以通过降低量子噪声或经由相位放大或其组合来增加灵敏度。在这里，我们展示了如何增加灵敏度，海森堡极限的$1/N$，而增加量子噪声的$\sqrt{N}$，从而抑制由相同的因素的影响，过量的噪音。该协议使用薛定谔猫态表示$N$原子的两个集体态的叠加，表现为康普顿频率增加$N$倍的单个实体。所得到的$N$倍的相位放大揭示了通过使用原子状态检测，而不是集体状态检测。我们还展示了如何实现这样的薛定谔猫态的基础上的原子钟，与$N$倍的有效跃迁频率增加。我们讨论了实施这一计划的潜在的实验约束，使用单轴扭曲压缩采用腔反馈方案，并表明腔衰减和自发发射的影响被高度抑制。我们发现，灵敏度的最大改善可以接近理想极限，多达一千万个原子。
2020-05-08 quant-ph
Readout of quantum devices with a sideband microwave interferometer immune to systematic noise
微波测量的准确性不仅对电信和雷达应用至关重要，而且对未来的量子计算机也至关重要。诸如超导量子比特或自旋量子比特之类的量子比特技术需要检测微小的信号，通常通过将微波音调反射离开耦合到量子比特的谐振器来实现。来自布线和放大的噪声，例如来自温度变化的噪声，可能对读出保真度有害。提出了一种基于载波信号的两个一阶边带产生的微波音调的差分测量来检测被测器件的相位和幅度变化的方法。两个微波音调通过同一电缆发送到被测设备，该设备对一个边带显示窄带响应，而另一个不受影响。反射的边带受到载波下变频的干扰。通过选择边带的幅度和相位，可以实现对公共幅度或公共相位噪声的抑制，从而允许快速、稳定地测量谐振器的频移和品质因数。在25 mK的NbN超导谐振器上进行了测试测量，以校准和校准实验装置，并研究其谐振频率随时间的波动。
2023-03-13 quant-ph
Coherently amplified ultrafast imaging using a free-electron interferometer
本文提出自由电子拉姆齐成像（FERI），通过光致电子调制实现近场相干放大，在二维极化激元波包成像中实现20倍信号增强，并揭示涡旋-反涡旋奇点等相位动力学现象。
2024-07-16 eess.SP physics.optics quant-ph
First-step experiment in developing optical-spring quantum locking for DECIGO: sensitivity optimization for simulated quantum noise by completing the square
DECi-hertz干涉仪引力波观测站是未来的一项星载激光干涉仪飞行任务。DECIGO有1,000公里长的臂腔，主要用于探测0.1 Hz左右较低频率的原始引力波（PGW）。电磁波谱的观测降低了PGW能量密度上限（$Ω_{\rm gw} \sim 10^{-15} \to 10^{-16}$）的界限。因此，DECIGO的目标灵敏度，这主要是由量子噪声限制，需要进一步提高。为了最大限度地提高探测的可行性，同时受到DECIGO的大衍射损耗的限制，理论上提出了一种具有光学弹簧的量子锁定技术，以提高PGW的信噪比。在本文中，我们通过实验验证了光弹簧量子锁定的一个关键因素：通过完成多个探测器输出的平方来优化灵敏度。该实验在简化的桌面光学装置上进行，经典噪声模拟量子噪声。我们成功地得到了最佳的灵敏度与两个不同的激光功率的平方完成的方法。
2022-11-23 gr-qc quant-ph
Coherent Amplifier-Empowered Quantum Interferometer: Preserving Sensitivity and Quantum Advantage under High Loss
East China Normal University（华东师范大学）
本研究提出相干放大器增强的量子干涉仪，通过抑制高损耗下的灵敏度和量子增强退化，实现超过标准量子极限的相位测量能力。
2026-01-25 physics.optics quant-ph
Active SU(1,1) atom interferometry
有源干涉仪使用放大元件进行光束分裂和重组。我们在实验上利用玻色-爱因斯坦凝聚体中的自旋交换实现了这样的装置。这两种干涉模式最初是空自旋态，在参量放大过程中自发填充。这种非线性机制以成对的方式将原子散射到两种模式中，并产生非经典状态。最后，执行自旋交换的匹配的第二周期，其非线性地放大输出信号并将相位映射到容易检测的一阶矩上。根据累积的相位，这种非线性读出可以反转初始动力学并将纠缠态解放大回到空自旋态。该序列在SU（1，1）模式变换的框架中描述，并与被动干涉仪的SU（2）角动量描述进行比较。
2017-11-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Toward quantum-noise-limited interferometric measurements of optical nonlinearity in vacuum
Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心/法国国家核子与粒子物理研究所，IJCLab）
提出高频相位噪声抑制（HFPNS）方法，通过添加延迟副本脉冲消除振动噪声，在原型干涉仪上实现相位噪声降低40倍，残余噪声仅为预期量子噪声的2.3倍，为真空光学非线性的量子噪声极限测量奠定基础。
2026-06-12 hep-ex physics.optics quant-ph
Motional Fock states for quantum-enhanced amplitude and phase measurements with trapped ions
真空态的非零涨落是量子理论的显著特征。这些波动从根本上限制了量子传感器的精度。如今，一些系统，如光学时钟，引力波探测器，物质波干涉仪，磁力计和光机系统接近测量灵敏度，其中量子涨落的影响设置了一个基本的限制，所谓的标准量子限制（SQL）。有人提出，SQL可以通过压缩真空涨落来克服。该方案的实现已在各种系统中得到证明。然而，基于挤压真空的协议关键地依赖于挤压相对于压印测量量的操作的相对取向的精确控制。缺乏控制会导致噪声放大并降低设备的灵敏度。在这里，我们实验证明了一种新的量子相干范式的基础上相位不敏感的Fock态的运动状态的被困离子，在频率计量和位移检测的应用。该测量装置用于两个不同的实验设置探测非交换可观的SQL以外的灵敏度。在这两种测量中，经典的准备和检测噪声足够小，以保持量子增益在一个完整的双稳态协议。
2018-07-05 physics.atom-ph quant-ph
Enhancing Dynamic Range of Sub-Quantum-Limit Measurements via Quantum Deamplification
针对高灵敏度与宽动态范围难以兼顾的问题，提出基于两次自旋压缩和两轴反扭转动力学的量子去放大协议，可扩展动态范围并增强抗噪性。
2025-06-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
