【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子精密测量，特别是一种基于可变分束器增强的相位测量方法及系统。
技术介绍
1、干涉仪是一种最精密的测量仪器之一，具有广泛的应用，例如引力波测量、量子传感、量子成像等。在理论研究中，对未知相位的测量被转化为干涉仪两条光路之间的相对相位测量。因此，相位测量的精度成为决定精密测量性能的关键因素。根据理论研究，相位测量的精度极限由海森堡极限限定。joo等人提出利用纠缠相干态作为探针在干涉仪中进行相位测量，他们的研究表明，纠缠相干态在理想情况下可以超越海森堡极限，即使在弱损耗情景下仍然可以达到海森堡极限。但是在他们的方法中干涉仪的分束器的透射比是固定的，本专利技术通过优化调整干涉仪的第一个分束器的透射比可以进一步提高纠缠相干态的相位测量精度极限，在实际的相位测量中具有最重要意义。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：如何通过调整分束器的透射比进一步提高纠缠相干态的相位测量精度极限的问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于可变分束器增强的相位测量方法，包括：制备两个光源使其分别处于相干态和叠加相干态；将所述相干态和叠加相干态作为干涉仪的第一个分束器的输入，从分束器的输出端口得到测量探针；所述测量探针经过一个和未知参数相关的相位编码，得到包含未知相位的量子态，同时用一个虚拟分束器模拟相位编码过程中的光子丢失过程；计算所述量子态的量子费舍尔信息，通过对计算结果中第一个分束
4、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：所述相干态表示为：所述叠加相干态表示为：其中nα表示归一化系数，具体形式为：
5、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：所述分束器的具体形式为：得到的所述测量探针表示为：|ecs>τ＝nα(|βχ+>a|β(χ-)b>+|-βχ->a|βχ+>b0；
6、其中和分别表示a,b光路的产生和湮灭算符，τ表示第一个分束器的透射率，当τ＝1/2时退回到对称的纠缠相干态：|ecs>＝nα(|α>a|0>b+|0>a|α>b)。
7、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：当所述测量探针先经过光子丢失再经过相位编码时，所述光子丢失过程包括，一个虚拟分束器用在a光路和环境态上来模拟a光路光子表示，分别表示环境态的产生和湮灭算符，t表示虚拟分束器的透射率，t＝1时表示没有光子丢失，t＝0时表示光子全部丢失。
8、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：丢失之后的所述测量探针表示为：
9、
10、随后对环境模式求迹得到混态：
11、
12、其中，
13、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：当得到包含未知参数的量子态为双模态时，量子费舍尔信息求解包括，设探针的密度矩阵的正交分解形式为：
14、
15、经过相位编码之后密度矩阵表示为：
16、
17、量子费舍尔信息计算公式为：
18、
19、其中，pi为初态的本征值，|ψi>为本征态，
20、作为本专利技术所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的一种优选方案，其中：将所述量子费舍尔信息计算公式简化得到：fφ＝4p1(δh1)2+4p2(δh2)2-16p1p2|(δh12)|2，通过对计算结果中第一个分束器的透射率τ进行数值优化，可以获得量子费舍尔信息最大极限。
21、本专利技术的另外一个目的是提供一种基于可变分束器增强的相位测量系统，包括：分束器、虚拟分束器以及探测器；所述分束器用于输入相干态和叠加相干态获得测量探针；所述虚拟分束器用于模拟相位编码过程中的光子丢失过程；所述探测器通过其上的传感采集分束器增强后的结果。
22、本专利技术的有益效果：本专利技术提供的基于可变分束器增强的相位测量方法及系统通过优化第一个分束器的透射比能够进一步提升相位测量精度极限，此外在存在光子丢失的情况下能够保持相位测量精度的鲁棒性。本方法只需要对分束器这一无源的线性光学器件进行优化，在实验上更容易实现，具有较强的实用性。
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1.一种基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：所述相干态表示为：所述叠加相干态表示为：其中Nα表示归一化系数，具体形式为：
3.如权利要求2所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：所述分束器的具体形式为：得到的所述测量探针表示为：|ECS>τ＝Nα(|βχ+>a|β(χ-)b>+|-βχ->a|βχ+>b)；
4.如权利要求3所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：当所述测量探针先经过光子丢失再经过相位编码时，所述光子丢失过程包括，一个虚拟分束器用在a光路和环境态上来模拟a光路光子表示，分别表示环境态的产生和湮灭算符，T表示虚拟分束器的透射率，T＝1时表示没有光子丢失，T＝0时表示光子全部丢失。
5.如权利要求4所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：丢失之后的所述测量探针表示为：
6.如权利要求5所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：
7.如权利
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于可变分束器增强的相位测量方法的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：所述相干态表示为：所述叠加相干态表示为：其中nα表示归一化系数，具体形式为：
3.如权利要求2所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：所述分束器的具体形式为：得到的所述测量探针表示为：|ecs>τ＝nα(|βχ+>a|β(χ-)b>+|-βχ->a|βχ+>b)；
4.如权利要求3所述的基于可变分束器增强的相位测量方法，其特征在于：当所述测量探针先经过光子丢失再经过相位编码时，所述光子丢失过程包括，一个虚拟分束器用在a光路和环境态上来模拟a光路光子表示，分别表示环境态的产...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟伟，汤俊，堵子航，周澜，盛宇波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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