量子干涉測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)光子量級(jí)的信號(hào)檢測(cè),是微弱信號(hào)精密測(cè)量的技術(shù)手段。作為評(píng)估測(cè)量性能的關(guān)鍵指標(biāo),量子干涉測(cè)量的相位靈敏度受到廣泛關(guān)注,相位靈敏度的理論極限、影響因素和提升方法的研究是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的問題。本論文圍繞量子干涉測(cè)量的相位靈敏度開展了四個(gè)方面的研究:相位靈敏度極限的研究;相位靈敏度內(nèi)在影響因素的研究;相位靈敏度外在影響因素的研究;相位靈敏度提高的新方法研究。本文首先完成了相位靈敏度極限的研究。根據(jù)量子參數(shù)估計(jì)理論,建立了相位靈敏度極限與測(cè)量策略的關(guān)系。針對(duì)測(cè)量策略中不含有參考源的測(cè)量方案,本文提出了基于相位平均法的相位靈敏度極限分析及求解的新方法,解決了不同相移算符推導(dǎo)出的相位靈敏度極限存在差異的問題;針對(duì)測(cè)量策略中含有參考源的測(cè)量方案,本文提出了基于單路相移算符的相位靈敏度極限分析及求解的新方法,證明了壓縮真空態(tài)為最佳單模輸入態(tài),相位靈敏度可以突破海森堡極限。完成了相位靈敏度內(nèi)在影響因素的研究。根據(jù)相空間理論,開展了基于虛擬分束器模擬的探測(cè)效率影響研究,基于光子統(tǒng)計(jì)特性的暗計(jì)數(shù)影響研究,基于時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性的響應(yīng)時(shí)間延遲影響研究,以及基于變換矩陣的非平衡分束器影響研究,建立了... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：115 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

幾類基本的參數(shù)估計(jì)體制[11]

第1章緒論-3-的測(cè)量策略，光子數(shù)分辨的測(cè)量策略可以提供更好的相位靈敏度。2010年，P.M.Anisimov等人理論上驗(yàn)證了基于雙模壓縮真空態(tài)輸入和奇偶測(cè)量的測(cè)量方案可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于海森堡極限的相位靈敏度[13]。他們還計(jì)算了測(cè)量方案的量子Fisher信息，進(jìn)而證明了亞海森堡極限的相位靈敏度是理論存在且合理的，而使用奇偶測(cè)量得到的相位靈敏度飽和于量子Fisher信息所給出的相位靈敏度極限。圖1-1幾類基本的參數(shù)估計(jì)體制[11]。Fig.1-1Severalfundamentalsystemsforparameterestimation[11].同年，I.Afek等人提出了一種基于高斯態(tài)輸入和后選擇測(cè)量制備N00N態(tài)的方案[14]，如圖1-2所示。此方案使用相干態(tài)和壓縮真空態(tài)作為輸入，通過平衡分束器和后選擇測(cè)量可以制備出不同N值的N00N態(tài)用于干涉測(cè)量方案。理論分析結(jié)果表明，N00N態(tài)的制備保真度大于0.92，對(duì)于高光子N00N態(tài)，制備保真度的漸近極限為0.943。他們通過實(shí)驗(yàn)分別制備得到了2光子，3光子，4光子和5光子的N00N態(tài)。圖1-2分束器后的光子數(shù)的分布概率，A中輸入態(tài)為相干態(tài)與壓縮真空態(tài)，B中輸入態(tài)為相干態(tài)[14]。Fig.1-2Theprobabilitydistributionsofphotonnumberafterabeamsplitter,theinputsofAarecoherentstateandsqueezedvacuumstate,theinputofBiscoherentstate[14].

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文-4-2011年，N.Thomas-Peter等人實(shí)驗(yàn)制備了2光子和4光子HB態(tài)[15]，實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果如圖1-3所示。他們首先通過理論分析獲得了實(shí)驗(yàn)所需要的基準(zhǔn)參數(shù)值，隨后搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)分別得到了2重和4重的超分辨輸出，所制備的量子態(tài)能夠用于干涉測(cè)量方案。圖1-3HB態(tài)制備的實(shí)驗(yàn)方案示意圖及測(cè)量結(jié)果[15]。Fig.1-3ThediagramofexperimentalschemeandmeasurementresultsofHBstatepreparation[15].同年，J.Joo等人研究了基于糾纏相干態(tài)的測(cè)量方案的相位靈敏度[16]，如圖1-4所示。他們沿用了B.C.Sanders提出的態(tài)制備方法[8]，通過相干態(tài)和非線性晶體產(chǎn)生相干疊加態(tài)作為測(cè)量方案的其中一個(gè)輸入，另一個(gè)端口輸入平均光子數(shù)相同的相干態(tài)。經(jīng)過平衡分束器后，可以獲得糾纏相干態(tài)。理論分析結(jié)果表明，測(cè)量方案的相位靈敏度可以突破海森堡極限。圖1-4基于糾纏相干態(tài)的測(cè)量方案示意圖[16]。Fig.1-4Thediagramofmeasurementschemebasedonentangledcoherentstates[16].2012年，C.Weedbrook等人系統(tǒng)地總結(jié)了高斯量子信息方面的工作[17]。這項(xiàng)工作指出：高斯態(tài)的Wigner函數(shù)服從高斯分布，能夠通過相空間表示下的期望值和方差矩陣進(jìn)行完全表示。他們通過理論推導(dǎo)給出了常見光學(xué)調(diào)控過程的矩陣化表示。對(duì)于已知的高斯輸入態(tài)，利用其期望值和方差矩陣，結(jié)合光

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Quantum-enhanced interferometry with asymmetric beam splitters[J]. Wei Zhong,Fan Wang,Lan Zhou,Peng Xu,YuBo Sheng.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(06)



本文編號(hào)：3042554