A four-state quantum communication protocol with mesoscopic twin beams
University of Insubria（因苏布里亚大学）
本研究将基于孪生光束的量子通信协议扩展为四态编码，利用平均光子数和噪声抑制因子实现每使用传输两比特，并通过实验验证了其安全性和抗截获-重发攻击能力。
2026-09-22 physics.ins-det quant-ph
Developing a photon-number-resolving detection chain for quantum communication protocols involving mesoscopic states of light
University of Insubria（因苏布里亚大学）；Nuclear Instruments SRL（核仪器有限公司）
本文研究了基于硅光电倍增管和14位1Gs/s数字采集系统的光子数分辨检测链，通过测试三种Hamamatsu制造的SiPM模型，系统研究了像素间距、堆叠效应和光子检测效率对检测性能的影响。
2026-09-07 quant-ph
Absolute calibration of a CCD camera with twin beams
我们报告的绝对校准的CCD相机利用量子相关。这种新方法利用了一定数量的空间成对量子相关模式产生的自发参数下转换。我们开发了一个测量模型，考虑到所有可能的来源的损失和噪声，不相关的量子效率，占所有的不确定性的贡献，我们达到了0.3%的相对不确定性在低光子通量制度。这代表了在介观光域中使用的（科学）CCD的表征向前迈出的重要一步。
2014-05-07 quant-ph
Sub-shot-noise mid-infrared photothermal measurements using twin beams
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN（理化学研究所）
本文利用种子光参量放大产生的孪生光束进行平衡探测，将中红外光热测量噪声抑制至散粒噪声以下5 dB，并在液态水测量中实现SNR增强超过2 dB，展示了亚散粒噪声MIP测量的可行性。
2026-10-08 physics.optics quant-ph
Shot Noise in Mesoscopic Systems: from Single Particles to Quantum Liquids
散粒噪声源于电荷的离散特性，由散射过程产生。散粒噪声测量揭示了各种量子输运现象中的微观电荷动力学。特别是，在单粒子图像之外，这种测量已被证明是研究量子液体中电子相关性的有力方法。本文综述了介观物理中散粒噪声测量的最新进展。本文综述了基于Landauer-Büttiker形式主义的散粒噪声理论的基础知识，以前研究中使用的测量技术，以及最近几个演示电子散射过程的实验。然后，我们讨论了三种不同类型的量子液体，即那些分别由近藤效应，分数量子霍尔效应和超导性形成的。最后，我们在非平衡统计物理的框架内讨论了电流噪声，并回顾了相关实验。我们希望这篇评论将散粒噪声测量的意义传达给凝聚态物理的广大研究人员。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Optimal sub-Poissonian light generation from twin beams by photon-number resolving detectors
我们通过利用具有大量光子的多模双光束态的量子关联来产生非经典条件态。实验揭示了双光束的亚散粒噪声关联与条件态的亚泊松性质之间的密切关系。它确定了亚泊松光产生的最佳条件。
2013-09-30 quant-ph
Heralded Source of Bright Multi-mode Mesoscopic Sub-Poissonian Light
在直接探测方案中，我们观察到了由参量下转换产生的多模双色压缩真空的7.8dB的双光束压缩。应用后选择，我们有条件地制备了一个亚泊松光态，平均每个脉冲包含$6.3\cdot10^5$光子，具有Fano因子$0.63\pm0.01$。该计划可以被认为是预示着准备的脉冲的平均能量变化之间的几十和几百fJ和不确定性大大低于散粒噪声水平。这种脉冲可以用于计量（例如，用于辐射计校准）以及用于探测多模非线性光学效应。
2016-06-21 quant-ph
Particle-number scaling of the phase sensitivity in realistic Bayesian twin-mode Heisenberg-limited interferometry
在Holland和Burnett [p.r.l. 71，p.1355（1993）]。我们用蒙特卡罗模拟对多达10，000个玻色子进行了模拟，结果表明，如果损失的数量级为N^-1，则非理想干涉仪的相位误差与海森堡极限成比例。更大的损失会降低缩放比例，然后缩放比例为N^-1/2，就像散粒噪声极限一样，但只要存在光子相关性，灵敏度就会保持亚散粒噪声。这些结果给出了双模干涉测量的贝叶斯检测的实际限制，并证明这是一个实验可行的方案，与Kim等人[p.r.a. 60，p.708（1999）]。
2003-12-12 quant-ph
High-sensitivity imaging with multi-mode twin beams
通过单通参量下转换（PDC）产生的双纠缠光束提供了检测弱吸收量的机会，相对于使用经典光源的标准技术具有改进的灵敏度。我们提出了一个差分测量方案，利用空间量子相关的II型PDC图像的弱振幅对象的灵敏度超出标准的量子限制所施加的散粒噪声。
2007-09-29 quant-ph
Compound twin beams without the need of genuine photon-number-resolving detection
研究了从大量的同卵双生光束中产生更强的多模双生光束的方案，这些光束足够弱，使得单光子灵敏的开/关探测器足以探测它们。分析了强度高达数百个光子对的非经典双光束的统计特性。它们的性质进行了比较，真正的孪生光束，需要在他们的实验研究中的光子数分辨探测器。分析了利用这种复合双光束产生亚泊松光和测量亚散粒噪声精度的吸收。本文提出了一个适用于双光束复合的理论模型来解释实验数据。
2021-08-27 quant-ph
Conditional preparation of a quantum state in the continuous variable regime: generation of a sub-Poissonian state from twin beams
我们报告的第一个实验演示的非经典光态的连续变量制度的条件准备。从产生阈值以上量子强度相关信号和闲频“孪生光束”的非简并OPO出发，仅当闲频落在比其标准偏差窄的值的带内时，我们才保持信号强度的记录值。通过这种非常简单的技术，我们产生一个亚泊松态4.4dB以下的散粒噪声从双光束表现出7.5dB的噪声减少的强度差。
2003-10-07 quant-ph
Broadband squeezing of quantum noise in a Michelson interferometer with Twin-Signal-Recycling
双信号回收（TSR）建立在两个光耦合腔的谐振偶极子的基础上，有效地提高了干涉仪在特定信号频率下的灵敏度。我们报道了双信号循环迈克耳孙干涉仪的首次实验实现及其压缩光注入的宽带增强。整个装置被稳定地锁定，并且证明了干涉仪散粒噪声的宽带量子噪声降低高达4dB。该系统的特点是通过测量其量子噪声谱的几个调谐的TSR腔。我们发现实验结果和数值模拟之间的良好协议。
2010-05-25 quant-ph
Experimental Quantum Imaging exploiting multi-mode spatial correlation of twin beams
量子态的性质揭示了从量子信息到量子成像的新的和革命性的技术。这最后一个领域的目的是克服经典成像的限制，利用特定的量子态的光。最有趣的方案之一是利用双光束之间的空间量子相关性实现弱吸收物体的子散粒噪声成像，理想地实现无噪声成像。在这里，我们详细讨论了该方案的实验实现，显示其能力，以达到一个更大的信噪比相对于经典的成像方法，因此，它的兴趣，为未来的实际应用。
2010-06-30 quant-ph
Measuring nonclassicality with Silicon photomultipliers
探测器随机偏离理想响应会妨碍光的量子特性的测量，特别是在需要光子数分辨率的介观区域。我们证明，通过适当的分析输出信号，非经典的双光束状态可以检测和利用商业和成本效益的硅基光子数分辨探测器。
2018-11-14 quant-ph
Improved Single-Shot Qubit Readout Using Twin RF-SET Charge Correlations
本文提出利用twin SET电荷相关性增强SiMOS 4点阵列中量子比特读出保真度，使电荷读出错误率降低一个数量级以上，并证明更快调制频率可减少自旋到电荷转换错误，为大规模量子比特阵列提供高保真读出方案。
2023-07-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Twin matter waves for interferometry beyond the classical limit
原子集成干涉仪是现代精密计量的重要组成部分。然而，这些干涉仪从根本上受到散粒噪声极限的限制，这只能通过在原子之间产生量子纠缠来克服。我们使用自旋动力学玻色-爱因斯坦凝聚体，以创建高达$10^4$对相关原子的干涉灵敏度超过散粒噪声限制$-1.61^{+0.98}_{-1.1}$ dB的大型合奏。我们的原理证明结果为新一代原子干涉仪指明了方向。
2012-04-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Towards a Digital Twin of Noisy Quantum Computers: Calibration-Driven Emulation of Transmon Qubits
本文提出利用硬件校准与基准电路提取参数化误差模型，构建超导 transmon 量子比特器件的数字孪生，并在 5 量子比特 QPU 上以 0.15 的平均总变差距离验证其预测能力。
2025-09-01 quant-ph
Mesoscopic Quantum Communication via Photon-Number Moments
Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC), UIB–CSIC（综合物理与复杂系统研究所（IFISC），巴利阿里群岛大学-西班牙国家研究委员会）；Como Lake Institute of Photonics, Department of Science and High Technology, University of Insubria（因苏布里亚大学科学与技术高等技术学院科莫湖光子学研究所）；Department of Physics “Alessandro Volta”, University of Pavia（帕维亚大学亚历山德罗·沃尔塔物理学系）；INFN, Sezione di Pavia（意大利国家核物理研究所帕维亚分部）
该研究提出基于经典光态光子数矩编码、孪生光束态关联保障安全的量子通信协议，经数值模拟验证其抗攻击可行性与密钥生成能力，为实验实现提供支撑。
2026-08-05 physics.optics quant-ph
Strategies for choosing path-entangled number states for optimal robust quantum optical metrology in the presence of loss
为了获得最佳的路径纠缠光子Fock态，用于稳健的量子光学计量与宇称检测，我们计算相位信息的有损干涉仪使用孪生纠缠Fock态。结果表明：（a）当损耗小于50%时，具有较大光子数差的孪生纠缠Fock态具有较高的可见度;当损耗大于50%时，具有较小光子数差的孪生纠缠Fock态具有较高的可见度;（b）在有耗环境中，具有较大光子数差的孪生纠缠Fock态具有亚散粒噪声极限的相位检测灵敏度。这一结果提供了一个参考，什么特定的路径纠缠福克态是有用的现实世界的计量应用。
2012-04-22 quant-ph
Twin beam quantum-enhanced correlated interferometry for testing fundamental physics
量子精密测量涉及提高仪器的分辨率，否则会受到散粒噪声的限制，因此它是实现科学突破的有希望的途径。当量子增强与几个设备之间的相关技术相结合时，这种优势可能更加引人注目。在这里，我们提出并实现了一个相关干涉方案，利用两个独立的干涉仪中注入的二分量子相关态。该方案在检测两个设备之间可能相关/不相关的微弱信号方面优于经典类似物。我们还比较了它的灵敏度与获得的一对两个独立的压缩模式，每个解决一个干涉仪，用于检测相关的随机信号在MHz频带。作为更简单的解决方案，它最终可能会应用于基础物理测试，例如，寻找普朗克尺度理论预测的效应。
2020-06-23 quant-ph
An all-fiber source of pulsed twin beams at telecom band for quantum communication
为了实现远距离量子通信中的非经典光源，我们首次利用高增益光纤参量放大器实现了1550 nm波段的双光束脉冲光源。双光束的强度差的噪声低于散粒噪声极限3.1dB（在损失校正之后为10.4dB）。一项详细的研究揭示了一些限制因素，以提高降噪效果。因此，一旦注意这些限制因素，进一步降低噪音将是可行的。
2012-09-06 physics.optics quant-ph
Relative-intensity squeezing of high-order harmonic "twin beams"
本文提出一种全光强场方案，通过高次谐波产生相对强度压缩的“孪生光束”，覆盖广泛光子能量，为强场非经典XUV光源和高精度光谱学工具的发展铺路。
2023-11-17 physics.optics quant-ph
Sub-shot-noise heterodyne polarimetry
我们报告的外差偏振旋转测量的实验演示与本底4.8分贝以下的光学散粒噪声，通过使用经典的相位锁定的量子孪生光束发出的阈值以上的超稳定II型Na：KTP连续光参量振荡器。我们相信这是迄今为止在光学相位差测量上实现的最大噪声降低。
2004-08-19 physics.optics quant-ph
Observation of Spatial Quantum Correlations in the Macroscopic Regime
横向自由度的空间量子关联有望通过并行量子信息编码提高光学分辨率、图像检测和量子通信。特别地，在Single Shot中观察这些空间量子相关性的能力将使得能够在需要实时成像的应用中实现这种增强，例如粒子跟踪和原子系统的原位成像。在这里，我们报告的测量在远场显示空间量子相关性的明亮的双光束与$10^8$光子在1~ $μ$ s脉冲使用电子倍增电荷耦合器件相机的单一图像。利用热铷原子中的四波混频过程产生窄带明亮脉冲双光束。由于这一过程中的动量守恒，双光束之间存在动量关联，从而在远场产生空间量子关联。相对于散粒噪声极限，我们显示了约2~dB的空间量子噪声降低。在脉冲双光束中，光子总数的大范围内存在空间压缩。
2017-05-03 physics.optics quant-ph
Realisation of the first sub shot noise wide field microscope
在过去的几年里，一些原理实验证明了量子技术相对于经典方案的优势。目前的挑战是超越原理论证的限制，以接近实际应用。这封信介绍了量子增强成像领域的一项成就。特别是，我们描述了一个亚散粒噪声宽视场显微镜的实现基于空间多模非经典光子数关联的双光束。该显微镜可在全分辨率下产生8000像素的实时图像，视场为（500微米）2，噪声降低到散粒噪声水平的80%（对于每个像素），适用于复杂结构的吸收成像。通过快速的后处理，特别是应用量子增强中值滤波器，可以通过设置与分辨率的折衷来进一步降低噪声（小于散粒噪声水平的30%），从而证明在吸收显微镜中实现的每个入射光子的最佳灵敏度。
2016-12-19 quant-ph
Experimental realization of sub-shot-noise quantum imaging
量子态的性质揭示了从量子信息到量子精密测量的新技术。其中，量子成像是最近的研究领域，致力于通过利用光的量子态的空间特性来克服经典成像的限制。特别是双光束之间的量子相关性代表了这些研究的基本资源。最有趣的方案之一是利用参数下转换光束之间的空间量子相关性来实现弱吸收物体的子散粒噪声成像，理想地导致无噪声成像。在这里，我们提出了第一个实验实现这个计划，显示其能力，以达到一个更大的信噪比（SNR）相对于经典的成像方法。这项工作代表了这种量子技术的起点，它可以有相关的应用，特别是当需要低光子通量照明时（例如，某些生物样品）。
2010-04-08 quant-ph
Single-shot measurement of a Rydberg superatom via collective photon burst
在里德伯偶极相互作用下，介观原子系综可以表现为二能级单原子的行为，形成所谓的超原子图像。它是量子信息科学中一个潜在的强有力的候选者，特别是通过集体增强与单光子有效耦合，这对于构建量子互联网连接远程量子计算机至关重要。在此之前，人们已经对里德堡超原子、单光子源、单光子纠缠等基本概念进行了初步的研究，但还缺少一个关键的单激发量子比特测量。在这里，我们实现了一个超原子量子比特的确定性测量通过光子爆发在一个Single Shot。我们利用一个低精细度的环形腔来增强原子与光子的相互作用，并获得了44%的光纤内恢复效率。利用两个里德伯能级之间的偶极相互作用，我们可以创建一个多个单光子的序列，或者什么都没有，条件是初始量子比特状态。我们在4.8 us内实现了93.2%的单次测量保真度。我们的工作补充了利用里德伯超原子进行量子信息应用的实验工具箱。
2021-06-21 quant-ph
Multi-mode theory of pulsed twin beams generation using a high gain fiber optical parametric amplifier
利用多频模式下的Bogoliubov变换描述非简并信号光和闲频光孪生光束的演化过程，从理论上研究了脉冲泵浦高增益光纤参量放大器（FOPA）的量子噪声特性。结果表明，FOPA的噪声系数一般大于3 dB量子极限，除非联合谱函数是可因式分解的，且输入信号的谱与信号频带内的增益谱匹配良好。然而，强度差噪声的双光束，这弱依赖于联合光谱函数，可以显着小于散粒噪声限制时，泵浦和输入信号的时间模式是适当匹配的。此外，为了更接近实际的实验条件，通过考虑各种实验缺陷，数值研究了宽带FOPA产生的孪生光束的量子噪声。本文的研究不仅有助于研制紧凑型双光束光纤光源，而且有助于理解光纤通信系统中脉冲泵浦FOPA的量子噪声极限。
2013-04-28 physics.optics quant-ph
Sub-shot-noise interferometry with two-mode quantum states
该研究针对不完美探测器下的亚散粒噪声干涉测量问题，基于双Fock态与双模压缩真空态推导相位不确定度解析公式，证明损耗低于阈值且相位接近最优值时可突破标准量子极限，并提供了可在线获取的Python工具包。
2024-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Preparation of mesoscopic atomic ensembles with single-particle resolution
纠缠原子系综的分析及其在标准量子极限之外的干涉测量中的应用需要精确地确定原子的数目。我们提出了一种精确的原子荧光检测技术，该技术完全集成到一个实验装置中，用于产生多粒子纠缠量子态。单粒子分辨荧光测量$1$高达$30$原子。根据我们的噪声分析，我们推断，单原子分辨率扩展到一个有限的原子数的$390(20)$原子。我们利用精确的原子数检测来稳定激光冷却原子系综的原子数。对于按需制备的$7$原子的目标系综尺寸，我们实现了$92(2)\,\%$制备保真度，并使用磁光阱上的实时反馈达到低于散粒噪声水平的数波动$18(1)\,\mathrm{dB}$。
2019-12-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Continuous quantum measurement with independent detector cross-correlations
我们研究了使用两个独立的线性探测器进行连续量子测量的优点。对于单次量子测量，如果探测器是孪生的，则测量是最有效的。对于弱连续测量，互相关允许违反检测器的信噪比的Korotkov-Averin界。消失的噪声背景提供了一个非平凡的测试理想的独立量子探测器。我们进一步研究了非对易算子的相关性，并考虑了屏蔽库仑相互作用耦合介观导体的独立检测器模型的可能偏差。
2005-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Toward real-time quantum imaging with a single pixel camera
通过测量铷蒸气中四波混频产生的多空间模孪生光束的逐帧量子噪声降低，我们提出了一个实时量子成像研究的工作台。利用这种压缩光源的多个空间模式，我们利用空间光调制器来选择性地将来自每个双光束的量子相关模式的宏像素传递到高量子效率的平衡检测器。在微光成像应用中，用单像素相机测量各个空间模式和空间模式的宏像素之间的量子相关性的能力将促进具有低于光子散粒噪声极限的灵敏度的压缩量子成像。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
Electronic heat flow and thermal shot noise in quantum circuits
当将单个量子组件组装成介观电路时，库仑相互作用和电荷粒度之间的相互作用打破了电阻抗组成的经典定律。在这里，我们探索实验的热后果，并观察到电子热传输的一个额外的量子机制。所研究的，广泛可调的测试台电路是由一个微米级的金属节点连接到一个电子通道和电阻。通过焦耳耗散加热节点，我们从互补噪声测量中分别确定其温度和由通道两端的温度差引起的热散粒噪声（“delta- $T$噪声”）。热散粒噪声的预测，从而直接验证，并揭示了电子热流。后者表现出的贡献，从涉及电子的分区与库仑相互作用的通道。扩展热流预测，包括热散粒噪声，我们发现与实验的定量协议。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
$Δ_T$ Noise in Mesoscopic Hybrid Junctions: Influence of Barrier Strength and Thermal Bias
本文通过量子散粒噪声测量研究了含绝缘势垒的介观混合结中的 $Δ_T$ 噪声，发现 NIS 结的 $Δ_T$ 噪声约为 NIN 结的 16 倍，且该噪声对势垒强度呈非单调依赖、随热偏置单调增加，揭示了热梯度与势垒特性对量子噪声的协同影响。
2025-10-25 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Temperature-Bias Noise and Quantum Shot Noise as Probes of Pairing Symmetry in Iron Pnictides
School of Physical Sciences, National Institute of Science Education and Research（国家科学教育与研究大学物理科学学院）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
通过研究正常金属-绝缘体-铁基超导体结中的热电电压、塞贝克系数、量子散粒噪声和$Δ_T$噪声，发现$Δ_T$噪声在$S_{++}$配对对称性下呈现双峰结构，而在$S_{+-}$配对对称性下呈现单峰结构，从而有效区分两种配对对称性。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-ph
