优化平衡检偏器提高13.8分贝 squeezing 状态探测效率

本文主要探讨了通过优化平衡双束检测（Balanced Homodyne Detection, BHD）的干涉效率和增益来实现对13.8分贝（dB） squeezed vacuum states的直接测量。 squeezed vacuum states是量子光学领域的重要非经典资源，它们在精密测量、量子计算以及各种探测技术中具有显著的应用潜力。作者团队，由孙小聪、王雅君、田龙、郑耀辉和彭堃墀等人组成，来自山西大学的量子光学与量子光电子学国家重点实验室和极端光学协同创新中心，他们在实验中实现了这一突破。 传统的BHD技术依赖于一个本地振荡器（local oscillator, LO）与待测量子态进行干涉，通过比较两束光的强度差异来确定量子态的特性。然而，提高BHD的性能至关重要，尤其是在探测低噪声水平的量子状态时。本文的关键创新在于引入了一个辅助激光束，这显著提升了BHD的干涉效率，将homodyne visibility（即干涉图案的清晰度，反映了非经典性程度）提升到了接近完美的99.8%。这种高可见性对于检测到的量子信息的保真度至关重要。 此外，为了减少电子噪声的影响，研究者采用了集成有Junction Field-Effect Transistor (JFET)缓冲输入的电路设计。JFET作为放大和信号处理元件，其引入有效降低了电子噪声的等效损失，将这个关键参数降低到了仅0.05%。这一成就对于减小系统中的噪声背景，从而增强对量子效应的敏感度来说是至关重要的。 这项工作不仅展示了优化BHD技术在测量高斯量子噪声背景下探测量子非经典性的能力，而且为未来在量子通信、量子计算和精密测量等领域应用 squeezed vacuum states奠定了坚实的基础。通过这些技术改进，科学家们得以更精确地探索量子世界的奇异现象，推动了量子信息技术的进步。