Single-photon interferometry and spectroscopy with two laser frequency combs
我们在一个新的领域演示了单光子时域干涉。我们观察到的光子计数统计与两个单独的锁模飞秒激光器的重复频率略有不同,每个发射均匀间隔的谱线在一个宽的光谱跨度梳干扰。我们利用光谱诊断在一个广泛的光谱范围内的干涉图案。一项实验性的概念验证表明,高分辨率双梳傅里叶变换光谱的新兴技术可以在比通常使用的光功率弱十亿倍的光功率下进行。我们的实验挑战了光子在检测之前就存在的直观概念,并在光匮乏的条件下开辟了在宽光谱带宽上精确光谱学的前景。
2019-06-09 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
A Short Introduction to Basic Principles of Quantum Navigation Based-on Rb Cold Atom Interferometry
本文简要介绍基于铷冷原子干涉的量子导航基本原理,利用原子能级敏感性实现高精度、自校准的无卫星惯性导航传感器。
2024-05-27 quant-ph
Optimal Conventional Measurements for Quantum-Enhanced Interferometry
在干涉测量中,要达到相位估计的基本精度极限的一个主要障碍是最佳测量的识别和实现。在这里,我们证明,这可以通过使用三个传统的测量与贝叶斯估计技术之间的干涉仪。通过明确计算Fisher信息,获得了这些测量值达到精密度限值的条件。值得注意的是,这些条件在大多数干涉实验中自然满足。我们将我们的结果应用到原子光谱实验中,研究了双轴反扭曲态受探测噪声影响时相位灵敏度的鲁棒性。
2016-11-22 quant-ph
A Quantum Rosetta Stone for Interferometry
海森堡限制测量协议可以用于获得比经典协议更高的测量精度。这样的测量可以使用例如,光学马赫-曾德尔干涉仪和拉姆齐分光镜。我们解决的马赫-曾德尔干涉仪,拉姆齐分光镜,和离散傅里叶变换之间的形式等价。基于这种等价性,我们引入了“量子罗塞塔石”,我们描述了一个投影测量方案,用于生成干涉输入状态之间的所需相关性,以实现海森堡有限的灵敏度。罗塞塔石碑告诉我们,同样的方法也适用于原子光谱学。
2002-04-09 quant-ph
Quantum Fourier transform spectroscopy of biexciton
从光的粒子性质的观点来看,具有经典干涉测量的傅里叶变换光谱学对应于单光子强度光谱的测量。相比之下,双光子量子干涉图案的傅里叶变换提供了两个光子的强度谱作为组成光子的和频或差频的函数。量子干涉光谱学的这一独特特征提供了与经典测量不同类型的光谱信息,并且可能被证明对具有双光子发射的非线性光谱学有用。在这里,我们报告的第一个实验演示的双光子量子干涉的光子对发射通过双激子在半导体氯化亚铜。除了对量子干涉图样进行傅里叶变换外,我们还重建了双光子和频或差频双激子发光的强度谱。我们讨论了CuCl中的重构光谱与激子态之间的关系以及量子干涉在固体光谱学中的应用。
2021-11-03 physics.optics quant-ph
Optomechanical resonator-enhanced atom interferometry
光机械谐振器的物质波干涉测量和光谱学提供了互补的优势。冷原子干涉测量用于精确和长期稳定的测量,但它的动态范围和周期性采集的挑战。光机械谐振腔的光谱学具有大动态范围的连续信号的特征,但是其通常受到漂移的影响。在这项工作中,我们结合了这两种设备的优点。通过干涉测量反射镜和物质波相对于联合参考的运动,使我们能够在地震噪声环境中操作原子重力仪,否则会抑制其相位的读出。我们的方法适用于各种量子传感器,并显示出量子工程对这两种元素的改进潜力。
2020-09-24 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Spin-Dependent Force and Inverted Harmonic Potential for Rapid Creation of Macroscopic Quantum Superpositions
本文提出结合自旋相关力与倒置谐振势的方法,先产生初始空间分离再实现相干膨胀轨迹,从而在极短时间内快速创建大质量宏观量子叠加态。
2025-04-11 gr-qc quant-ph
Enhanced nonlinear interferometry via seeding
我们分析了一个非线性干涉仪,也被称为SU(1,1)干涉仪,在存在内部损失和低效的检测器。为了克服这些限制,我们考虑播种的干涉仪的输入模式之一,无论是一个数态或相干态的效果。我们推导出的干涉可见度,对比度,相位灵敏度,和信噪比的解析表达式,并显示出显着的增强,在所有这些数量作为播种光子数的函数。例如,我们预测,即使在大量的损失和非常低效的检测器的存在下,我们可以实现相同的量子限制的相位灵敏度的非种子的非线性干涉仪的种子与几十个光子。此外,当干涉仪在低增益制度下工作时,我们没有观察到数量或相干播种状态之间的差异,这使得用衰减激光播种成为可能。我们的研究结果扩展了在现实实验条件下量子成像,计量学和光谱学领域的非线性干涉测量能力。
2022-09-26 quant-ph
Squeezed dual-comb spectroscopy
本文提出利用非线性光纤克尔效应产生振幅压缩态频率梳,并将其与双光梳干涉技术结合,在2.5 THz带宽内实现超出散粒噪声极限近3 dB的硫化氢气体光谱测量,使气体浓度测定获得两倍量子加速。
2024-08-29 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Test of Causal Non-Linear Quantum Mechanics by Ramsey Interferometry on the Vibrational Mode of a Trapped Ion
针对因果非线性量子力学难以通过常规光谱学检验的问题,利用谐势阱中$^{40}$Ca$^+$离子振动模式的叠加态,通过Ramsey干涉测量对因果非线性扰动的无量纲标度因子设定了严格上限。
2022-06-26 quant-ph
Quantum Beat Photoelectron Imaging Spectroscopy of Xe in the VUV
本文介绍了133 nm泵浦、266 nm探测的时间分辨泵浦-探测测量方法。泵浦脉冲制备了一个长寿命的超精细波包,在双$5p^5(^2P^{\circ}_{1/2})6s~^2[1/2]^{\circ}_1$流形($E=$ 77185 cm $^{-1}=$ 9.57 eV)。通过单光子电离监测波包,并测量光电子图像。这些图像提供了角度和时间分辨的数据,当在大的时间窗口(900 ps)上获得时,构成了超精细态分裂的精确量子拍频光谱测量。另外,对全光电子图像堆栈的分析提供了量子拍频成像模态,其中可以获得与特定拍频分量相关的光电子图像的傅立叶分量。在核自旋(因此拍分量)可以被唯一地分配给特定同位素(如本文所述)的情况下,这还可以允许在频域中提取同位素分辨的光电子图像,并且还提供相位信息。的信息内容的原始,和倒置,图像堆栈进行了研究,建议在图像不能倒置的情况下,傅立叶分析方法的效用。
2018-03-03 physics.atom-ph quant-ph
Witnessing Entangled Two-Photon Absorption via Quantum Interferometry
最近的研究表明,使用非经典状态的光,如纠缠光子对,可能会打开新的和令人兴奋的途径,在实验双光子吸收光谱。尽管对纠缠双光子吸收(eTPA)进行了一些实验研究,但对于eTPA是否真的被观察到仍然存在激烈的争论。这一有趣的争论已经出现,主要是因为最近有人认为,单光子损失机制,如散射或热带吸收可能模仿预期的纠缠光子线性吸收行为。在这项工作中,我们专注于eTPA的传输测量,并探讨三种不同的双光子量子干涉仪在评估eTPA的背景下。我们证明,所谓的N 00 N-状态配置是唯一一个被认为是不敏感的线性(单光子)损失。值得注意的是,我们的研究结果表明,N 00 N状态可能成为量子光谱学的一个潜在的强大工具,并将它们作为在任意样品中认证eTPA的强有力的候选者。
2022-10-26 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
The Parity Operator: applications in quantum metrology
该文综述宇称算符在量子计量学多场景的应用,介绍其在拉姆齐光谱分辨率、原子宇称QND测量的原创结果,论证其作为最优可观测量的特性及在高精度原子钟的应用潜力。
2020-08-19 quant-ph
Dynamically Enhanced Two-Photon Spectroscopy
本文提出基于三角函数脉冲调制的双光子动态消除协议,在单光子共振下实现高效布居转移,提升信噪比与保真度。
2024-11-08 quant-ph
Geometric Ramsey Interferometry with a Tripod Scheme
该研究提出基于超冷锶原子共振三脚架方案的几何Ramsey干涉术,通过几何操控量子态消除相互作用时间依赖性,利用暗态子空间几何标量项实现相位积累,为多端口鲁棒干涉仪研发奠定基础。
2024-05-16 physics.atom-ph quant-ph
Resource-Efficient Noise Spectroscopy for Generic Quantum Dephasing Environments
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences(中国科学院半导体研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);University of Science and Technology Beijing(北京科技大学)
本文提出了一种基于重复弱测量的高效噪声谱测量方法,可直接测量量子环境的噪声谱,且无需受限于量子比特相干时间,具有更高的资源效率。
2026-01-26 quant-ph
Theory of quantum comb enhanced interferometry
University of Southern California(南加州大学)
本文发展了量子梳的设计与分析理论,针对双梳干涉测量,提出了四种具有可扩展量子优势的协议,并发现其中三种协议对少数梳齿的损耗具有异常鲁棒性。
2026-05-21 physics.optics quant-ph
A perfect X-ray beam splitter and its applications to time-domain interferometry and quantum optics exploiting free-electron lasers
X射线自由电子激光(FEL)能产生超亮的X射线脉冲,但不能产生时域干涉测量和量子态控制所需的相位相干脉冲序列。对于传统的分裂和延迟方案,以产生这样的序列的挑战源于极端的稳定性要求时,分裂埃波长光束,其中最微小的路径长度差异引入相位抖动。我们描述了一种自由电子激光模式的基础上选择性的电子束团退化和横向光束整形的加速器,结合自种子光子发射计划。在光子产生之前,我们在加速器中分裂电子束,而不是在自由电子激光产生光子脉冲之后分裂光子脉冲,以获得具有亚飞秒持续时间的锁相X射线脉冲。时域干涉测量成为可能,使伴随计划的经典和量子光学实验与X射线。该计划导致了新的科学利益的尖端自由电子激光与阿秒和/或高重复率的能力,从傅里叶变换红外光谱的X射线模拟无损伤测量。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.acc-ph
Robust Interaction-Enhanced Sensing via Antisymmetric Rabi Spectroscopy
原子光谱是频率估计的重要工具,在量子传感中有着广泛的应用。原子与原子之间的相互作用可以用来产生纠缠,从而实现量子增强传感。然而,原子与原子之间的相互作用会产生碰撞位移,这给共振频率的测量带来了系统误差。在原子光谱学中,普遍存在着利用原子间相互作用与抑制碰撞位移的矛盾。在这里,我们提出了一个反对称拉比光谱协议没有碰撞位移的存在下,原子-原子相互作用。我们解析地发现反对称点可以用来确定共振频率。对于小的拉比频率,我们的反对称拉比光谱与轻微的原子-原子相互作用可以提供更好的测量精度比传统的拉比光谱。随着原子间相互作用的增强和拉比频率的增加,光谱分辨率将得到显著提高,测量精度甚至可以突破标准量子极限。此外,与通过自旋压缩的量子增强Ramsey干涉术不同,我们的方案对检测噪声具有鲁棒性。我们的反对称拉比光谱协议在各种实际的量子传感器,如原子钟和原子磁力计有很好的应用前景。
2022-10-28 physics.atom-ph quant-ph
Manybody Interferometry of Quantum Fluids
针对强关联物质表征挑战,提出“多体Ramsey干涉测量”方法,结合绝热态制备与Ramsey光谱学,利用辅助量子比特控制多体本征态叠加并提取相位信息,为量子计算机高效探测量子物质开辟新途径。
2023-09-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Broadband quantum spectroscopy at the fingerprint mid-infrared region
许多分子在指纹红外(IR)区域显示出独特的吸收带,允许化学识别和检测。这使得红外光谱成为生物医学诊断、传感和材料表征的重要工具。然而,由于IR光源和光电探测器的相对较差的性能、对低温冷却的需求以及高成本,在IR范围内的测量是具有挑战性的。在这里,我们证明了中红外指纹的样品可以从测量中发现在近红外范围内使用传统的硅光电探测器。我们的方法依赖于强频率非简并参量下转换中产生的相关光子对的量子干涉。我们的技术同时测量吸收系数和折射率在广泛的指纹区域具有高精度。作为概念验证,我们在7.4-8.4 μm波长范围内对一氧化二氮气体进行光谱分析,并在865-877 nm范围内进行检测。这项工作将量子干涉测量的适用性扩展到一系列广泛的实际应用,例如大气污染物检测,呼吸诊断,化学安全等。
2022-02-03 physics.optics quant-ph
Entanglement-enhanced dual-comb spectroscopy
本文提出纠缠增强的双光梳光谱协议,通过在每个梳齿周围引入边带纠缠的量子光梳抑制外差探测散粒噪声,在微瓦至毫瓦功率范围内实现显著量子优势,为生物和化学传感提供新途径。
2023-07-30 physics.optics quant-ph