1 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
2 智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
3 人工微结构科学与技术协同创新中心，江苏 南京 210023
4 南京大学固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210023
量子精密测量作为当代量子力学的主要应用方面之一，近些年来一直是量子科技的重要研究和发展方向。量子精密测量的主要研究目标是针对物理系统中的未知参数，利用量子资源进行量子增强测量，以提升参数测量精度。与其他物理系统相比，光子系统具有相干时间长、不易受到环境干扰等优越性，因而常被用作量子信息处理的载体。以光子为基础的传感器提升传感精度是光量子精密测量的主要任务。介绍了量子精密测量的一般性原理，给出参数估计的量子极限精度下界。同时，介绍了目前光量子精密测量的理论与实验研究进展以及相应的挑战。
量子光学 量子精密测量 参数估计 海森堡极限 传感
1 华东师范大学物理与电子科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心，上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
4 南京大学固体微结构国家实验室，江苏 南京 210093
5 华东师范大学重庆研究所重庆精密光学重点实验室，重庆 401120
高精度的干涉仪在精密测量领域有着非常重要的作用。相位估计的不确定度通常用来判定一个干涉仪测量的精密程度，相位估计的不确定度越小意味着相位灵敏度越高。在理论上提出了由光学参量放大器和线性光学分束器（BS）组成的非线性干涉仪。基于热原子系综四波混频（FWM）过程的光学参量放大器用来实现干涉仪中光束的合成与分离。BS作为反馈控制器，通过控制器件的反射率，来控制FWM过程的出射光返回到入射光端口的比例。与传统干涉仪的相位灵敏度相比，通过理论计算证明了基于光学参量放大器反馈的非线性干涉仪相位灵敏度更高。本研究结果在量子精密测量领域有着潜在的研究价值。
量子精密测量 非线性干涉仪 光学参量放大器 四波混频 反馈控制 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106021
1 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，光电研究所，极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
2 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
1981年，Caves教授首次提出“压缩态”的概念，并指出利用压缩态光场可以提高激光干涉引力波探测的灵敏度。在过去的四十年，压缩态光场不仅成功用于突破标准量子极限的引力波探测、位移测量、位相测量等量子精密测量领域，而且基于单模压缩态制备的双模压缩态和多组份纠缠态也在量子计算、量子通信等量子信息处理中扮演着重要的作用。本文简要介绍了压缩态光场的基本概念、制备、探测方法及其在量子精密测量、量子通信、量子计算中的应用进展。
量子光学 压缩态 纠缠态 量子精密测量 量子通信 量子计算 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100001
固体微结构国家实验室, 智能光传感与调控技术教育部重点实验室, 人工微结构科学与技术协同创新中心, 南京大学现代工程与应用科学学院, 江苏 南京 210093
为了描述对前、后选择的量子系统进行弱测量的测量结果,Aharonov、Albert和Vaidman在1988年提出了弱值的概念。可观测量的弱值在取值上可以突破可观测量的最大本征值,甚至可以取复数,为弱值在量子力学基本原理和发展新型量子技术的研究中提供了丰富的物理内涵。本文主要回顾了弱值在量子精密测量和量子层析中应用的进展情况。弱值在量子精密测量中的应用被称为弱值放大,弱值放大可以实现对微小物理量的放大测量,因而在精密测量领域获得了广泛关注。由于信号的放大伴随着后选择成功概率的降低,因此弱值放大技术的测量精度是否优于传统的测量方式一直是一个有争论的话题。本文先回顾了弱值放大和传统测量方式在测量精度方面的比较,阐述了弱值放大方案在特定条件下的精度优势;之后回顾了经过改进的弱值放大技术的最新进展。弱值在量子层析中的应用被称为直接量子层析,“直接”指的是该层析方案能够通过测量复数的弱值实现对量子态波函数概率幅的直接测量。本文还回顾了直接量子层析技术被推广并被应用到各种形式的量子态、量子过程、量子测量表征的理论和实验方案,分析了直接量子层析技术的准确度、精度,并回顾了提高直接层析技术效率的最新进展。最后,本文总结了基于弱值的这两项技术的发展状况,并提出了未来可能的发展方向。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011004
