基于无噪声放大的精密测量增强

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精密测量物理是物理学与计量学、信息科学以及各学科内部不同方向交叉、融合发展的前沿领域学科。它提供了新的测试手段和研究方法,揭示了一些新的物理现象及其规律,推动着新的精密测量器件、测量系统和测量概念的产生及学科前沿的发展。利用经典手段测量,其只能达到经典极限或称为标准量子极限精度。为了提高测量的精度和灵敏度,人们将目光投向了非经典光场,利用光场的压缩、量子纠缠等非经典特性,使得测量精度和灵敏度能超越散粒噪声基准、在某些条件下甚至可以逼近海森堡极限[1]。其中,压缩态光场作为一种连续变量量子态,由于其具有低于散粒噪声基准的噪声特性,自诞生以来,就被作为提高量子测量精度的良好光源。这种新颖的量子资源为精密测量精度地进一步提高提供了有效的手段[1,2]。另一方面,量子无噪声放大技术可以实现信号的无噪声放大,提高测量的信噪比,从而提高测量精度。因此,结合基于压缩态的量子测量技术和量子态无噪声放大技术优势,开展相关量子测量研究,有望实现了一种基于无噪声放大的量子精密测量增强方案,获得更高精度的精密测量结果。本文围绕压缩态光场和基于测量的无噪声线性放大(MB-NLA)来实现精密测量信噪比增强的相关理论及实验来展开,其主要工作内容包含以下几个方面:1.介绍了制备压缩光的几种方法,并且利用光学参量放大器制备了6.00dB的压缩光。在基于压缩态的位相信号测量中,突破散粒噪声2.40dB,相比于相干光测量信噪比提升1.36倍。2.结合基于压缩态的量子测量技术和量子态无噪声放大技术的优势,实现了一种基于无噪声放大的量子精密测量增强方案。该方案在压缩光测量方案的基础上将信噪比进一步提升1.83倍。对比经典测量,信噪比总体增强2.50倍。
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