Measuring Small Longitudinal Phase Shifts via Weak Measurement Amplification
弱测量放大被认为是精密测量中一种很有前途的方案,已被应用于各种小物理量的估计。由于许多量可以转换为相位信号,因此考虑使用弱测量来测量超小的纵向相移是有趣且重要的。在这里,我们提出并实验证明了一种新的基于弱测量放大的超小纵向相位估计,这是适用于偏振干涉测量。实现了对液晶可变延迟器直接引入的小相位信号的一个数量级放大测量,并证明了其对有限可见度干扰的鲁棒性。我们的研究结果可能会在高精度测量中找到重要的应用,例如引力波探测。
2022-04-25 quant-ph
A comment on "Weak value amplification is suboptimal for estimation and detection"
Ferrie和Combes通过假定弱值为实值,使得他们的结果不适用于以提高测量精度为目的的弱测量实验。
2014-02-06 quant-ph
Enhancing tripartite photon-phonon-magnon entanglement by synergizing parametric amplifications
提出利用光学参量放大(OPA)和机械参量放大(MPA)的协同效应,在混合腔-磁子光机械系统中增强磁子、光子与声子间的三方纠缠,发现两者相长干涉可显著提升纠缠强度及对热噪声的鲁棒性。
2024-12-25 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
Preselection-Encoded Weak-Value Interferometry for Optical-Rotation Metrology
Zhejiang University of Technology(浙江工业大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Zhejiang University of Science and Technology(浙江科技学院)
本文提出预选择编码弱值放大(PeWVA)方法,通过将测量量编码进探针偏振并分离传感与读出,在探测器受限条件下减少杂散光和相位噪声影响,实验证明可提升光学旋转计量性能。
2026-09-23 quant-ph
Quantum limits in optical interferometry
光的非经典态在提高光学干涉实验的性能方面有着广泛的应用,引力波探测器就是一个很好的例子。尽管如此,退相干的存在大大阻碍了量子增强协议的性能。在这篇综述中,我们总结了量子精密测量的发展,特别侧重于光学干涉测量,并推导出基本的界限,可实现的量子增强精度的光学干涉测量考虑到最相关的退相干过程,包括:相位扩散,损失和不完善的干涉可见度。我们介绍了所有必要的工具,量子光学以及量子估计理论所需的范围。我们还讨论了实际的可达性的界限推导和应力,特别是量子增强干涉测量技术正在实施的现代引力波探测器接近最佳的。
2018-08-16 quant-ph
Optimal Settings For Amplification And Estimation Of Small Effects In Postselected Ensembles
为了描述选择前和选择后的量子系综,使用了一个称为算子弱值的复量。弱值是非常有争议的,因为它不受相应算子的可能特征值的限制。然而,反常弱值的获取被认为是当今量子干涉测量中的一项强有力的技术。在这里,它示出了量子系统上的后选择恢复测量装置中的完全隐藏的干涉效应。研究干涉图案显示放大和参数估计的最佳设置。这也证明了弱价值不是现实的要素。使用单光子,它是研究如何后选择光子可以赋予$π$相移(放大的峰值)的光子与它在非线性光学介质中的弱相互作用。纠缠度的增加是后选择在参数估计中的有效性的背后。特别是,安排后选择纯纠缠态可以优化的信噪比,允许实现高灵敏度的测量使用低输入功率。
2023-03-17 quant-ph
Exponentially-Enhanced Light-Matter Interaction, Cooperativities, and Steady-State Entanglement Using Parametric Amplification
我们提出了一种实验上可行的方法来增强原子-场耦合以及这种耦合和耗散之间的比率(即,在光学腔中的两个原子的相互作用。我们的方法也使稳态的近最大量子纠缠的产生。我们的方法利用光学参量放大,以指数方式增强原子-腔相互作用,因此,系统的协同性,与压缩引起的波动噪声被完全消除。因此,即使对于压缩参数的适度值,也可以实现比$100$大得多的有效协同性。我们表明,纠缠不保真度(量化的最大纠缠态的产生状态的偏差)是指数小于在其他耗散纠缠制备不施加压缩的不确定性的下限。因此,这种不忠可以任意小。我们提出的增强原子-腔协同效应的通用方法可以在广泛的物理系统中实现,并且可以为基于纠缠的量子信息处理提供多种应用。
2018-03-05 quant-ph
Surpassing Quantum Noise Limits with Nonlinear Amplification
Xi’an Jiaotong University(西安交通大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室)
本研究提出一种非线性量子放大方法,利用双模系统与 Kerr 非线性相互作用,实现超越传统线性放大器量子噪声极限的 SNR 提升。
2026-03-12 quant-ph
Weak-Value Amplification for Longitudinal Phase Measurements Approaching the Shot-Noise Limit Characterized by Allan Variance
School of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences(中国地质大学地球物理与信息科学学院)
本文通过Allan方差分析评估弱值放大在纵向相位测量中的性能,展示在短平均间隔下接近Shot-Noise极限的亚阿秒时间延迟测量,验证了弱值放大在噪声抑制方面的优势。
2026-02-19 quant-ph
Two-mode squeezed vacuum and squeezed light in correlated interferometry
我们详细研究了系统的两个干涉仪,旨在检测极其微弱的相位波动。该系统可以代表用于检测微弱的相关信号的突破,该微弱的相关信号即使使用受散粒噪声限制的最灵敏的单个干涉仪设备也将保持不可检测。如果两个干涉仪经历相同的相位波动,如由所谓的“全息噪声”引入的相位波动,则如果它们的输出信号相关,则该信号应该出现,而由于散粒噪声和其他独立贡献的波动将消失。我们展示了在干涉仪的自由端口中注入量子光可以降低系统的光子噪声,从而提高相位相关估计的分辨率。我们分析了双模压缩真空或双光束态(TWB)和两个独立的压缩态的使用。我们的结果基本上证实了在干涉测量中使用压缩光束和强相干光束的好处,即使在这种相关的情况下。然而,我们主要集中在可能使用的TWB,发现有趣的,可能是未开发的应用领域的二分纠缠,特别是在原则上达到令人惊讶的不确定性减少的可能性。
2015-01-29 quant-ph
Fock-state view of weak-value measurements and implementation with photons and atomic ensembles
弱测量与后选择相结合可以产生显著的放大效应(与大的“弱值”相关)。我们表明,这种效果可以理解,通过查看指针的初始状态作为一个虚构的谐振子的基态,帮助我们澄清从弱值制度的过渡到传统的暗端口干涉。然后,我们描述了如何实现完全量子弱值测量相结合的光子和原子系综。
2010-10-18 quant-ph
Enhanced nonlinear interactions in quantum optomechanics via mechanical amplification
我们提出了一种方法,指数增强的光机械系统中的单光子耦合强度,只使用额外的线性资源。它允许人们达到光力学的量子非线性区域,其中在单光子水平上观察到非线性效应,即使裸耦合强度远小于机械频率和腔阻尼率。我们的方法是基于使用一个大振幅,强烈失谐的机械参数驱动放大机械零点波动,从而提高辐射压力的相互作用。它还具有允许时间相关控制的好处,从而实现脉冲方案。对于一个双腔光学机械装置,我们表明,我们的计划产生的光子封锁的实验可访问的参数,甚至使生产的光子态与负维格纳函数的可能。我们讨论了如何我们的方法是一个例子,一个更一般的策略,增强玻色子介导的两粒子相互作用和非线性。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring ultrasmall time delays of light by joint weak measurements
我们建议使用弱测量远离弱值放大制度进行光的时间延迟的精确测量。我们的计划是强大的几个噪声源,只限制测量的相对精度。因此,与标准干涉测量和基于弱值的测量技术相反,它们不对最小可测量相移设置限制。我们的想法并不局限于相移测量,并可用于使用类似的协议来测量其他小的影响。
2013-02-26 quant-ph
Interferometry with Photon-Subtracted Thermal Light
我们提出并实现了一个量子程序,用于提高灵敏度,其中一个可以确定具有热统计的弱光束通过干涉仪所经历的相移。我们的程序需要减去正好一个(可以概括为m)光子从光场退出的干涉仪含有相移元件在其一个手臂。作为光子减法过程的结果,并且有些令人惊讶地,由此增加了所得光场的平均光子数和信噪比,导致增强的干涉测量。该方法可用于在各种实际应用中提高测量灵敏度,包括仅由弱热光照射的物体的成像。
2016-05-18 physics.optics quant-ph
Weak force sensing based on optical parametric amplification in a cavity optomechanical system coupled in series with two oscillators
本文提出在腔光力学系统中结合光学参量放大与两个串联耦合振子,通过简正模劈裂和腔场压缩的联合效应抑制量子噪声,从而提升弱力传感精度。
2024-08-07 quant-ph
A high-fidelity noiseless amplifier for quantum light states
噪声是克隆或放大任意量子态的代价。与线性相位不敏感放大器相关的量子噪声只能通过放松确定性操作的要求来避免。在这里,我们提出了实验实现的概率无噪声线性放大器,能够放大相干态的最高水平的有效增益和最终状态保真度曾经达到。这种高保真放大方案基于光子加法和减法的序列,其特征在于显著的放大和低失真,通过增强部分重叠的量子态之间的区分或通过恢复在有损信道上传输的信息,可以成为量子通信和计量学的必要工具。
2010-04-20 quant-ph
Entanglement certification via causal-order interferometry in a quantum switch
Peking University(北京大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);Shanxi University(山西大学)
该研究利用量子开关的因果序干涉术,通过插入局域幺正变换,在多种噪声模型下扩大了可认证纠缠的噪声参数区域,实现了更优的纠缠认证效果。
2026-08-17 quant-ph
Enhancing quantum entropy in vacuum-based quantum random number generator
基于真空态的量子测量和普适散列随机抽取,可以产生信息论上可证明的唯一真随机数,这些真随机数不能被攻击者关联或控制.测量中的量子熵决定了随机数发生器的质量和安全性。同时,它直接决定了从原始数据中提取真随机数的比例,也就是说,它对量子随机数的产生率有明显的影响。在最佳动态模数转换器(ADC)范围的情况下,考虑经典噪声的影响,探讨了真空基量子随机数发生器中增强量子熵的最佳途径.经典噪声漂移,这可能是固有的系统或故意诱导的窃听者,对量子熵的影响。我们提出了增强本振强度而不是电增益来实现真空态正交涨落的噪声无关放大。即使在经典噪声漂移很大的情况下,也可以从原始数据中提取出丰富的量子熵。实验上,当原始数据的经典噪声偏移明显时,通过有限增强本振功率实现了85.3%的真随机性提取率。
2018-08-02 quant-ph
Weak-value amplification and optimal parameter estimation in the presence of correlated noise
我们分析和数值研究的性能弱值放大(WVA)和相关的参数估计方法在时间相关噪声的存在。WVA是一般度量策略的一个特殊实例,它涉及根据第二次“划分”度量的结果将数据分类到单独的子集中。使用一个简化的噪声模型,可以准确地与最佳统计估计一起分析,我们比较WVA到传统的测量方法。我们发现,引入WVA确实产生了一个更低的方差的参数的兴趣比传统的技术,在没有任何分区测量优化。相比之下,统计上最优的分析,采用分区测量,将所有分区的结果和它们已知的相关性,被发现产生一个改进-通常是轻微的-通过WVA实现的降噪。这是因为简单的WVA技术不适合给定的噪声环境,因此不利用不同分区之间的相关性。我们还比较了WVA传统的背景减法,一个熟悉的技术,测量结果进行分区,以消除未知的偏移或校准误差。令人惊讶的是,在我们的模型中,背景减除被证明是平衡情况下的最优分区方法的特殊情况,具有类似的通常比WVA稍有优势。这些结果提供了更深入的了解分区测量的作用,有或没有后选择,在提高测量精度,有些人发现困惑。最后,我们提出了数值结果来模拟一个更现实的实验室情况下的时间衰减相关性,显示我们的结论适用于广泛的统计模型。
2017-06-16 quant-ph
Experimental probe of weak value amplification and geometric phase through the complex zeroes of the response function
弱值放大的概念在解决量子力学中的基础问题以及在小物理参数的高精度测量中的广泛应用方面引起了人们的极大关注。在这里,我们通过实验证明了一个系统的响应函数的一个可观测的弱值和复杂的零之间的基本关系,采用弱值放大的自旋霍尔位移的高斯光束。使用这种关系,我们表明,任意大的弱值放大远远超出了传统的弱测量限制,可以实验获得的指针强度分布对应于响应函数的复零的实部的最小值的位置。另一方面,复零点的虚部与光的几何相位的空间梯度有关,在该特定场景中,由于弱相互作用以及偏振态的前选择和后选择,光的几何相位的空间梯度演变。响应函数的弱值和复零点之间的这些普遍关系可以为广泛一类物理系统中的弱测量提供新的见解。极大的弱值放大和在常规弱测量有效范围之外提取系统参数可能会开辟一种新的弱测量范式,增强其可扩展性应用。
2018-07-11 physics.optics quant-ph
Enhancing Weak magnetic field sensing of cavity-magnon system with dual frequency modulation
本文提出在腔磁振子系统中利用双频偏置场调制,通过反旋转波项与旋转波项共存放大磁场信号并抑制量子噪声和热噪声,从而无需超强耦合即可提高弱磁场传感灵敏度。
2024-01-25 quant-ph
Enhancing Phase Retrievability of Quantum Channels via Interferometric Coupling
University of Central Florida(中佛罗里达大学)
本文从量子信息理论、算子值框架和量子干涉度量三个角度研究量子通道的相可重构性,证明通道相可重构性等价于互补通道纯态信息完备,并通过干涉耦合增强相可重构性。
2026-04-27 quant-ph
Entanglement-assist cyclic weak-value-amplification metrology
本文将功率循环腔引入纠缠辅助弱测量系统,发现纠缠与循环在不同维度上提升探测效率和Fisher信息,并通过参数选择平衡走离误差、利用功率循环抑制读出噪声,从而深化了对弱测量计量优势的理解。
2024-06-06 physics.optics quant-ph
Enhancing the sensitivity of the LIGO gravitational wave detector by using squeezed states of light
在爱因斯坦首次预测引力波存在的近一个世纪后,一个全球性的地球引力波观测站网络正在寻求使用精密激光干涉测量法直接探测这种微弱的辐射。光子散粒噪声,由于光的量子性质,施加了一个基本的限制的attometer级的灵敏度的更大规模的迈克耳孙干涉仪部署这项任务。在这里,我们注入压缩态,以提高性能的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的探测器之一,超过量子噪声限制,最显着的频率区域下降到150赫兹,至关重要的几个天体物理源,在任何频率下观察到的性能没有恶化。随着压缩态的注入,这个LIGO探测器展示了有史以来对引力波的最佳宽带灵敏度,这对以前所未有的灵敏度观测引力波宇宙具有重要意义。
2013-10-01 physics.optics 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
Enhancing the precision limits of interferometric satellite geodesy missions
卫星大地测量利用一个或多个卫星的运动测量来推断关于地球引力场的精确信息。在这项工作中,我们认为,通过检查近似模型的三个主要噪声源的测量过程中的当前引力恢复和气候实验(GRACE)后续任务:激光相位噪声,加速度计噪声和量子噪声,这种测量可实现的精度限制。我们表明,通过时间延迟干涉,它是可能的,以消除激光相位噪声的测量,允许几乎三个数量级的改善的信噪比。提出了几种不同质量的卫星编队,通过去除加速度计噪声可以进一步提高信噪比。最后,研究了量子光学技术,发现在其他替代任务配置中减少量子噪声有很大的希望。我们使用一个直观的一维模型的频谱噪声性能建模,并验证我们的建议有可能大大提高性能的不久的将来的卫星大地测量任务。
2022-06-08 physics.geo-ph physics.optics physics.space-ph