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Acta Sinica Quantum Optica

相干反馈增强型量子混合干涉仪

刘攀 Pan LIU, 于志飞 Zhi-fei YU, 黄文峰 Wen-feng HUANG, 吴媛 Yuan WU, 陈丽清 Li-qing CHEN

Published Jan 1, 2023• 0 citations
Publisher

Abstract

本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪,其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成,用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言,光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端,获得一对纠缠度可控的双模压缩光束,结合线性合束器,构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明,相比于无反馈量子混合干涉仪,本方案通过调节反馈强度至合适区间,可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时,增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外,将压缩真空态作为反馈环结构的输入态,能够进一步降低探测信号的噪声。因此,本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度,甚至在有损的情况下,相比于无反馈情形,该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力,有望应用在量子精密测量领域。

DOI
10.3788/jqo20232902.0202

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•Jun 16, 2026•0 citations
本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪,其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成,用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言,光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端,获得一对纠缠度可控的双模压缩光束,结合线性合束器,构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明,相比于无反馈量子混合干涉仪,本方案通过调节反馈强度至合适区间,可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时,增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外,将压缩真空态作为反馈环结构的输入态,能够进一步降低探测信号的噪声。因此,本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度,甚至在有损的情况下,相比于无反馈情形,该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力,有望应用在量子精密测量领域。
与经典随机行走相对应，量子行走利用量子态的叠加及纠缠特性，展现出平方式的加速扩散。基于这一特点，量子行走经常被用于构建各种算法，加速解决各类问题。此外，量子行走还可以用来实现量子模拟，不仅可以模拟各类拓扑物态，还可以在量子行走中引入增益和损耗，用于模拟非厄米系统。基于量子行走模型，本文主要研究了直流均匀电场下厄米及非厄米量子行走中，行走者随时间演化的扩散性质。首先定义了电场下离散量子行走模型，通过计算行走者位置分布的方差、随时间演化的恢复概率以及归一化位置空间分布概率，直观地展示了不同电场下，厄米及非厄米量子行走中的扩散性质。结果表明，虽然满足厄米性的量子行走中外部电场会抑制行走者的扩散，并在不同情况下呈现局域振荡，但非厄米趋肤效应会破坏电场对量子行走扩散的抑制。还观测到非厄米趋肤效应与电场引起的局域振荡之间的竞争现象，观测到非厄米量子行走局域振荡到扩散之间的转变。进一步，本文还基于线性光学系统，提出具体实验方案，探讨利用光子的多个自由度实现对电场下非厄米量子行走实验模拟的研究。本文对非厄米量子行走扩散性质的研究，为调控量子行走的扩散性质提供了新的方法。
核方法在机器学习中有广泛的应用。量子计算与核方法结合，可以有效解决经典核方法中当特征空间变大时计算成本随之增加的问题。研究表明，基于核方法构建的最小化量子电路可以可靠地在含噪声的中型量子设备上执行。目前已提出的一些基于量子核方法的分类器在充分映射数据以及电路架构等方面仍存在一定的缺陷。因此，提出了一种基于多项式核函数的紧凑型量子分类器。首先通过引入多项式核函数，提升了非线性数据的分类迭代速率，从而提升了分类效率；在此基础上进一步提出紧凑型振幅编码，将量子态相对应相位的数据标签编码。相比于已有的量子核方法分类器，所提模型的量子电路的编码位数可以从5个量子比特减少到3个量子比特，而且，所提模型将已有方法中的双量子位测量简化为单量子位测量。此外，该模型在测量阶段的量子电路参数达到了最优方差，可以有效节省计算资源开销。实验仿真表明，所提分类器模型中的期望值更接近理论值，且获得了更高的分类精度，同时该模型具有较低的纠缠度，有效降低了整个准备工作的开销。
本文基于一个两量子比特开放系统, 详细分析了改进的量子存储辅助的熵不确定关系、量子失协和密集编码容量在级联环境中的动力学行为。结果表明: 在弱、强两种耦合体系下, 熵不确定度及其下界完全紧致, 且熵不确定度与密集编码容量呈现反关联关系; 量子比特与腔之间的耦合强度 对熵不确定关系的演化、量子失协的“复苏”、量子密集编码过程的有效性等有着重要影响。此外, 我们进一步考察了过滤操作对熵不确定关系、量子失协和密集编码容量的调制作用, 获得一些有意义的结果。
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