光量子態(tài)的量子費(fèi)希爾信息及其在相位估值中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，以量子干涉儀為基礎(chǔ)的精密測量技術(shù)取得了飛速發(fā)展。如何利用量子干涉儀獲得較高精度的測量是弱磁場探測、引力波探測和原子鐘等領(lǐng)域的基礎(chǔ)課題。一方面由于量子費(fèi)希爾信息(QFI)定義了相位靈敏度的理論下限即:量子克拉美-羅界(QCRB)，因此可利用量子費(fèi)希爾信息來研究量子測量的精度。另一方面，本文基于在馬赫-曾德干涉儀(MZI)的相位估值的可能應(yīng)用，利用量子費(fèi)希爾信息，開展了一系列的研究工作。主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
　　1.在前人工作

2、的基礎(chǔ)上，發(fā)展了量子費(fèi)希爾信息的一般表達(dá)式。在光量子態(tài)密度矩陣的非零本征值所對應(yīng)的本征基矢中，發(fā)現(xiàn)混合態(tài)的量子費(fèi)希爾信息包含有三項(xiàng):第一項(xiàng)為經(jīng)典的費(fèi)希爾信息;第二項(xiàng)為每個(gè)本征態(tài)對QFI的統(tǒng)計(jì)疊加;第三項(xiàng)為一個(gè)修正項(xiàng)。相對于前人的結(jié)果，我們給出的表達(dá)式具有兩方面優(yōu)點(diǎn)。首先，新表達(dá)式中的每一項(xiàng)都具有清晰的物理意義，便于理論分析。此外，新表達(dá)式已將本征值為0的本征基矢去掉，計(jì)算簡單。該公式得到了國內(nèi)外同行的關(guān)注和肯定。
　　2.以雙模壓

3、縮真空態(tài)作為MZI的輸入態(tài)，計(jì)算了光強(qiáng)差漲落測量（即:(S)2z測量）的相位靈敏度，并與宇稱測量進(jìn)行比較。結(jié)果表明:(S)2z測量的最優(yōu)相位靈敏度位于相位差0處，利于進(jìn)行弱信號(hào)測量。當(dāng)相位差偏離0時(shí)，(S)2z測量對應(yīng)的相位靈敏度隨相位差的變化較宇稱測量緩慢。
　　3.計(jì)算得到了光子損耗下糾纏相干態(tài)量子費(fèi)希爾信息的解析表達(dá)式。研究表明，光子損耗會(huì)導(dǎo)致量子費(fèi)希爾信息由海森堡極限向標(biāo)準(zhǔn)量子極限躍遷。該躍遷與損失光子總數(shù)R(n)有關(guān)，并