【摘 要】
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量子精密测量是近几年受到人们广泛关注的交叉学科。它是量子力学与度量学相互结合的产物,在度量学领域,任何一个度量系统首要的问题就是如何获得更高的测量精度。量子精密测量的核心是利用量子效应提升度量系统的测量精度,是量子计算、航空航天、雷达制导等领域的核心技术。光学干涉仪是一种非常成熟的用于精密测量的仪器,结合量子效应以及光学干涉仪成为了量子精密测量领域的常用方案,例如多次探测到引力波事件的美国LIGO
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量子精密测量是近几年受到人们广泛关注的交叉学科。它是量子力学与度量学相互结合的产物,在度量学领域,任何一个度量系统首要的问题就是如何获得更高的测量精度。量子精密测量的核心是利用量子效应提升度量系统的测量精度,是量子计算、航空航天、雷达制导等领域的核心技术。光学干涉仪是一种非常成熟的用于精密测量的仪器,结合量子效应以及光学干涉仪成为了量子精密测量领域的常用方案,例如多次探测到引力波事件的美国LIGO天文台便是一个将量子效应与迈克尔逊(Michelson)干涉仪相结合的典范。除此之外,马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)在量子光学以及精密测量领域也有着广泛的应用。本论文以MZI为基本模型,首先从理论上分析了MZI干涉条纹的分布规律,并搭建了经典相干激光MZI测量系统,通过干涉条纹移动量法和频域变换法提取干涉条纹中的相位信息,统计了经典相干激光MZI相位测量误差。然后证明了N个粒子经典相干激光MZI的相位测量精度被限制在散粒噪声极限1?√,进而提出了将偏振纠缠光子对作为光源的MZI测量方案,并从理论上证明该方案相位测量精度可突破散粒噪声极限。设计了以两块粘和在一起并且光轴相互垂直的BBO晶体通过自发参量下转换(SPDC)制备偏振纠缠光源的方案,并对制备的偏振纠缠光源进行纠缠品质参数标定以及CHSH型Bell不等式违背测量。最后搭建了偏振纠缠MZI测量系统,并采用光子计数符合测量的方式提取相位信息,实现了基于偏振纠缠光子对的MZI相位精密测量。实验结果表明,相较于经典相干光源,偏振纠缠光源将会使得MZI的相位测量精度提升约18.54%,与理论相符。本论文的工作表明,将偏振纠缠光子对作为MZI的光源,得到更高的相位测量精度是可行的。
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