原子相干态在量子度量中的应用.pdf

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4、究工作做出重耍贡。献的个人和集体，均已在文中明确的方式注明本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：今曰期：曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书＂＂＂＂（根据学位论文类型相应地在□划Ｖ）《原子相干态在量子度量中的应用》系本人在曲阜师范大学攻读博／／±口／硕±巧学位期间，在导师指导下完成的博击口硕古因＾位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论义的规定，同意学校保留并向有关部口送交论文的

5、复印件和电子版本，允。本人授权曲阜师拖大学许论文被查阅和借阅，可臥采用影印或其他复制手段保存论文，可公开发表论文的全部或部分内容。作者签名：＾日期：＾导师签名：曰期：乂心堵／豕原子相干态在量子度量中的应用Atomiccoherentstatesandapplicationsinquantummetrology硕士生：姚飞导师：王继锁教授曲阜师范大学物理工程学院2015年4月摘要近些年来，随着量子信息这一学科的迅速发展，人们对测量精度的要求也越来越高。经典物理学因其自身的局限性，使得它的测

6、量精度最高只能达到标准量子极限，而这一精度极限已经不能满足人们现今阶段对测量精度的要求。故而，以量子力学为基础的量子度量学理论便随之应运而生。量子度量学是一门关于测量及统计推断的学科，它因测量的高精度而被广泛应用于引力波探测[1,2]、量子光刻[3]、生物传感器[4-6]等多方面的研究。本文主要对量子度量中的相位测量精确度的问题进行了讨论。首次以原子相干态和粒子数态作为Mach-Zehnder干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer,简称为MZI)的输入态进行研究，所研究的内容包括光子数分布及

7、宇称算符平均值的计算。本文主要内容安排如下：在第1章中，我们主要给出了量子度量学的相关介绍说明。在第2章中，对量子度量学中常用的干涉装置MZI给出了具体的介绍说明，包括其结构组成及工作原理。同时，给出影响量子度量精度的可能因素，并对相位探测方法进行介绍。第3章当中，我们首先对原子相干态的起源与发展进行了简要介绍，并给出原子相干态的HPR(Holstein-Primakoffrealization)形式。然后讨论了以原子相干态和粒子数态分别作为分束器的两个输入态时，输入态经过分束器之后的光子数分布情况。观察分析光子

8、数分布与量子态中参数变化之间的关系，推测出：量子态中粒子数的增加及总角动量量子数的增加均会使得分辨率增强，相位测量精确度提高。在第4章中，利用宇称算符平均值探测的方法对输出态进行探测。首先计算出宇称算符均值ˆ的数值表达式，然后做出ˆ随量子态中参数变化的曲线图。通过分析曲线bb图，得知：原子相干态与粒子数态作为输入态经过MZI时，量子态中粒子数增加或总角动量