量子计量的噪声机制的研究

论文摘要

量子计量学是致力于研发利用微观系统的量子纠缠或压缩特性作为资源来实现超越经典物理允许精度的物理量测量科学,它对微磁探测、高分辨率成像和高精度位移传感等技术具有潜在的变革性影响,为从量子物理的基本原理出发发展下一代量子磁强计、量子雷达、量子成像和定位系统等提供了新机制。广泛采用的量子计量方案可以分为以二能级原子此类分立变量系统作为量子探针的Ramsey干涉仪量子计量方案和以量子化光场此类连续变量系统作为量子探针的Mach-Zehnder干涉仪量子计量方案,但是微观世界普遍存在的退相干使得两类量子探针的量子相干性毫无例外地发生破坏,从而对量子计量的实现和应用造成了极大地障碍。如何在现实噪声条件下获得超高量子计量精度受到普遍关注。以前相关研究发现退相干将使Ramsey干涉仪和Mach-Zehnder干涉仪两类量子计量方案的精度回到经典物理所支配的散粒噪声极限,但这些结果都是基于对量子探针退相干的波恩-马尔科夫近似描述或者唯像描述。在本论文,我们将超越这些近似,基于开放系统动力学的微观理论建立两类量子探针退相干的精确非马尔科夫动力学描述并建立计量精度的严格的标度关系,我们发现与波恩-马尔科夫近似下的结果截然不同,非马尔科夫效应可以使得噪声量子计量精度造长时极限下渐进地恢复到理想极限,我们的分析表明这种恢复得益于量子探针与其耗散环境形成的复合系统能谱中束缚态的形成。一方面,我们的结果突出了量子计量噪声的微观机制并极大地扩充了人们对量子计量方案中退相干效应的认识,另一方面,我们的结果也提供了在现实条件下实现超高精度量子计量的实验可行的调控方案,根据我们所提出的机制,人们可以利用量子库工程技术调控能谱中束缚态的形成来实现超高精度量子计量,因此我们的结果可为噪声条件下量子计量的实验实现提供理论指引。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 白凯

导师: 罗洪刚

关键词: 量子计量,开放量子系统,非马尔科夫效应,束缚态

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 兰州大学

基金: NSFC(基金编号11875150,11474139,11325417,11174115),PCSIRT(基金编号IRT-16R35)

分类号: O413

总页数: 72

文件大小: 2025K

下载量: 83

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