非线性光机械系统中的弱力探测

从理论上研究了包含光学参量放大器的非线性腔光机械系统的弱力探测性能.一方面,发现通过调节光学参量放大器的非线性增益以及输入光场与腔场之间的有效失谐,可以减小压缩正交中约14 dB的量子噪声,从而将弱力探测灵敏度提高2倍以上.另一方面,分析了非线性腔结合零差测量产生的反作用噪声相消现象并且实现量子非破坏测量的方法.     

基于宇称测量的热态和Fock态的相位估计方案

在基于干涉仪的量子精密测量中,输入量子态的选择直接决定了待测相位的测量精度.本文考虑了基于压缩热态(特别是自由热态的情况)和Fock态的直积态作为马赫-曾德尔干涉仪的输入态,计算得到了宇称测量信号的解析解,进而得到了相位测量精度.研究结果表明:在待测相位很小时,压缩热态、压缩真空态以及自由热态与Fock态的直积态做为干涉仪的输入态时,均可得到相同的相位测量精度极限,且该测量极限达到了基于量子Fisher信息量子CrámerRao界限,所以宇称测量是相应的最优测量.同时,研究结果也表明,除了相干态,高强度的自由热态在量子精密测量中也有着一定的应用价值.     

量子传感的导航应用研究现状与展望

量子传感技术以光子、原子等量子系统为介质,利用量子效应可实现突破标准量子极限制约的超高精度和灵敏度的物理量测量,为基于时空参量测量的传统导航定位授时技术体制的突破带来新的机遇.量子传感改变了导航系统中导航传感器的感知机理,能够实现高精度的时空参量观测,并利用量子系统的非经典特性,实现导航信息的安全可靠传输和探测,提升导...     

基于广义卡尔曼-布西滤波的压缩光相位自适应估计方法

应用量子理论获取导航测角中的相位参数,有望获取超越经典理论极限的定位精度.在利用量子零拍探测测量相位压缩光的相位时,本振相位与待测相位在正交的前提下得到的零拍电流受到散粒噪声的影响最小.为了保证本振相位能够时刻满足此条件,并考虑到导航系统非线性和实时性的特点,基于广义卡尔曼-布西滤波设计了零拍锁相环,对本振相位进行实时的反馈控制,进而实现对压缩光相位的实时估计.理论分析以及仿真结果表明,利用压缩光作为信号场获取相位参数时能够突破散粒噪声的限制,提高导航测角系统的定位精度,并且在最优压缩度处相位估计精度最高,最优压缩度取决于压缩光强度以及测量系统的相位稳定性.      

损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪中灵敏度过高估计的研究

基于损耗SU(2)和SU(1,1)干涉仪模型,以干涉仪中的相位估值的为研究方向,在理论上研究了与双参量相位估值相比,进行单参量相位估值的时候存在的高估量子Fisher信息(quantum Fisher information,QFI)的一般表达式;以相干态和压缩真空态输入为例,数值分析了高估QFI随损耗系数或分束比的变化,发现这时出现的高估QFI的消失和恢复现象是和分束比,增益因子以及压缩振幅具有一定的关系.通过调整分束比和损耗系数,可获得最佳的灵敏度,有利于在有损环境下进行量子精密测量.     

PPKTP晶体相位匹配关系分析

压缩态光场和纠缠态光场等非经典光场是进行量子信息研究的基本资源,其中压缩态光场在低于量子噪声极限的量子精密测量中有着重要应用,而纠缠态光场被广泛应用于量子隐形传态,量子计算等领域。利用由不同类型相位匹配的非线性晶体构成的光学参量振荡器是制备不同类型非经典光场的有效手段之一。文章通过分析Ⅱ类周期极化磷酸氧钛钾(periodically poled KTiOPO_4,PPKTP)的准相位匹配条件,发现在改变其抽运光及注入种子光偏振的情况下,利用一种晶体可以分别实现两种类型的相位匹配,从而可以制备两种不同类型的非经典光场。理论预测的结果与已得到的实验数据基本一致。     

一种可用于压缩态光场弱信号探测的放大电路

根据基于基尔霍夫电流定律的平衡零拍探测原理,设计了一种新的测试方法,在测试过程中脱离以往复杂光路的搭建以及实验环境的高要求,直接对平衡零拍探测中所需的量子噪声光电流信号进行放大测试,并且可以判断出对微弱的量子噪声电流信号的放大效果.另外,在测试过程中,该放大电路具有高灵敏度性和高增益性,能够对微弱的量子噪声很好地进行放大.测试结果表明,该种测试方法能够很简捷地测试出放大后的量子噪声.     

国内新闻

实现高精度量子相位测量在测量时间等基础物理量时,其测量精度可超过受噪声所限的标准量子极限(即噪声极限),但却无法逼近海森堡极限。中国科技大学中国科学院量子信息重点实验室孙方稳和柳必恒在郭光灿院士指导下,利用双模光子数态和独创的多光子投影测量方法,避免了光子损耗,实现了高精度的量子相位测量,冲破了"标准量子极限",并十分接实现高精度量子相位测量在测量时间等基础物理量时,其测量精度可超过受噪声所限的标准量子极限(即噪声极限),但却无法逼近海森堡极限。     

冲破“标准量子极限”——中国科技大学郭光灿量子光学小组实现高精度量子相位测量

日前,中国科技大学中科院量子信息重点实验室郭光灿院士领导的量子光学小组实现了高精度的量子相位测量,冲破了“标准量子极限”。并十分接近于量子力学的理论极限——海森堡极限。这种新颖的相位测量方案原则上突破了因测量引发光子数损耗的局限,可望在其他物理量的高精度测量中得到重要应用。     

相位敏感放大器的仿真研究

本文分析了PSA的基本原理,采用OptiSystem软件对相位敏感放大器进行了仿真,成功实现了DPSK信号的全光再生,并绘制出只有相位噪声,幅度噪声,二者均存在三种情况下各自的误码率曲线。证明了PSA对相位噪声与幅度噪声都具有较强的压制作用,及相位敏感放大器不仅可以实现光信号的放大,而且可以压缩相位噪声与幅度噪声,一举三得,具有非常明显的优势。     

高压放大器

专利号：ZL200510012408．1 高压放大器主要应用于非线性光学、量子光学、量子通讯、量子测量等科学研究领域,在放大模式下输出可调节的直流电压或直流高压调制的函数信号,用于开环或闭环控制系统中,如在铯原子相干光谱研究中,用于光栅外腔半导体激光器的频率调谐;在“连续变量的量子密集编码系列实验中”用来锁定光学谐振腔;用于光学信号存储中环形腔的锁定等。     

不同噪声环境中量子精密测量及其量子模拟实验检验的研究进展

量子精密测量利用量子纠缠和量子相干性提高测量精度.本文简要回顾了在各种噪声环境中的量子精密测量方案，包括非马尔科夫噪声、关联噪声、双光子噪声环境等.另外，量子信息的蓬勃发展让我们能够设计和利用相应的量子模拟实验，从而检验各种量子精密测量理论方案的实验可行性.     

高压放大器

高压放大器主要应用于非线性光学、量子光学、量子通讯、量子测量等科学研究领域,在放大模式下输出可调节的直流电压或直流高压调制的函数信号,用于开环或闭环控制系统中,如在铯原子相干光谱研究中,用于光栅外腔半导体激光器的频率调谐;在“连续变量的量子密集编码系列实验中”用来锁定光学谐振腔;     

基于准参量非线性晶体的非厄米超快激光放大

激光振荡器锁模是激光物理中的重要发现和超快科学中的核心技术，其本质是以耗散调控增益，进而改变激光振荡行为.这种以耗散调控增益的概念离不开谐振腔的反馈耦合，长期以来多局限于激光振荡器.对此，本文首先提出了准参量非线性的概念，不同于传统的二阶非线性光参量过程，准参量非线性基于耗散闲频光的准参量晶体，通过非线性耦合实现了以闲频光耗散对信号光放大的调控，对应着量子理论中的具有宇称-时间对称性的非厄米体系.准参量的放大行为由信号光增益、闲频光耗散以及非线性耦合三者之间的相互作用决定，起始阶段的信号光放大继续保持传统光参量放大的特性，而在最终的饱和放大阶段则呈现出类似能级型放大的非参量特性，从而同时具备光参量放大和激光能级型放大的综合优势.其次给出了准参量非线性的反直觉的超快应用：实现无需谐振腔的放大器锁模.最后，对这种基于准参量晶体的非厄米超快激光放大在激光物理创新中的更多未来应用前景进行总结展望.     

量子因果序在量子信息过程中的应用

量子信息研究旨在利用量子资源实现超越经典极限的通信安全、计算能力和测量精度。一种新的量子资源即量子因果序被提出并被证明在一些量子信息过程中可以提供独特的优势。概述了量子信息中的量子资源，回顾了量子因果序在量子信息中的应用，并重点阐述其在量子精密测量任务中所能提供的超海森堡极限精度。未来这种新的资源可以在更多量子信息处理中带来本质的提升。     

高灵敏度铁磁共振测量系统

本文介绍一种提高铁磁共振测量灵敏度的有效方法,即采用平衡差动放大器对微弱的铁磁共振信号进行差动放大,然后进行测量。用此方法可以测量非晶态金属薄片的微弱共振信号。     

在量子信息分裂中利用局部测量提高量子参数估计

我们利用多体量子纠缠信道在环境噪声中实现了关于量子相位参量的信息分裂.这个量子信息分裂方案是指从一个发送端,人们将含有信息的任意量子态传输到多个接收端,然后利用么正测量在任意一个接收端上还原量子参量信息.我们发现,在退振幅阻尼噪声通道下,合理引入局部测量能提高量子参量估计精度.当环境表现为马尔科夫性时,经过量子信息分裂,量子参量估计精度的动力学演化会呈现单调衰减趋势.当环境具有一定记忆效应时,其演化会呈现振荡起伏行为.     

压缩光力学:电磁诱导透明高阶边带放大

从理论上研究了含有光学参量放大器的光力系统中的二阶边带现象.由于放大器会影响腔内光子数并产生光学压缩,探测光及光力二阶边带的透光率都将随之改变.发现透射谱可以被驱动场相位和非线性增益调节,其中二阶边带的透光率明显增强且线宽得到有效抑制.此外,光学参量放大器还为高阶边带快慢光转换提供了新的可能.这些结果有望在光传播与开关器件、弱信号精确测量等方面获得实际应用.     

用于电光测量的电流放大器及其噪声测量方法

分析在微弱电流信号放大过程中由放大电路自身带来的各类噪声及其在电路输出端所产生的影响．用正弦波发生器法辅以锁相放大器（LIA）实现对放大电路噪声因子NF值的测量,进而判定各类放大器的最佳工作区间．     

双模压缩光双曲线定位方案设计与分析

采用无线电信号的双曲定位方法由于受到其信号功率与带宽的制约,其定位精度存在着不可逾越的上限,且易受干扰、测量距离有限等问题日趋显现,而采用量子纠缠信号作为测量信号,可以突破经典无线电信号体制的限制,大大提高定位精度与保密性,实现具有超高精度、远距离、强抗噪抗干扰性等优点的量子定位。就此提出一种基于双模压缩光与Bell态直接探测的双曲线定位方案,使用双模压缩光作为发射信号,在目标接收端使用Bell态直接探测系统对两路纠缠光进行检测并对其中一路光束进行延迟,而后提取其正交分量的关联噪声,取关联噪声的最小值时对应的延迟时间作为两光束的完全量子关联时刻,即为两纠缠光的波达时间差,通过时间差的测定可以转换得到距离差,得到1组双曲线,另选2个基点重复上述过程可得第2组双曲线,从而实现定位。通过理论推算与一定假设条件下的仿真分析,给出理论上能达到的定位精度与误差范围。