有时,单个探测器不会记录某个像素的接收信号。这可能会导致随机坏像素。如果在场景中发现大量随机坏像素,则将其称为散粒噪声。短噪声会给图像一种有许多黑色戳痕的印象。通常,这些坏像素在一个或多个波段中包含 0 或 255(8 位数据)范围内的值。通过识别给定波段中位于截然不同的相邻像素值中间的 0(黑色)或 255(白色)像素,可以消除散粒噪声。然后,这些噪声像素被其各自的八个相邻像素的平均像素值替换。例如,在图 11.2ab 中,其中两个像素具有零灰度级,这与它们的相邻像素完全不同。这些像素被标记为散粒噪声像素,并被其八个相邻像素的平均值替换。
依赖于光学读出场的传感和计量平台中,最小可分辨信号越来越受到标准量子极限 (SQL) 的限制,而标准量子极限由光子散粒噪声决定。因此,散粒噪声降低技术对于下一代传感器的开发至关重要,这些传感器可用于从土木工程到生物化学等各种应用,以及用于能够分辨以前被量子噪声所掩盖的材料特性的新型显微镜平台。本次演讲展示了使用双模压缩光进行亚散粒噪声限制量子生物传感方面取得的一些重大进展,并重点介绍了机器学习算法的实现,该算法用于恢复量子信息,否则这些信息将被噪声所掩盖,这些信息位于查塔努加市中心的世界上第一个软件可编程量子网络基础设施中。
本演讲旨在从教学角度介绍电子噪声测量,观察通过目标样本的电流和/或电压波动。我们将看到,噪声可以传达比普通的电流作为电压函数的电子传输测量更多的信息。将讨论不同的噪声过程,包括约翰逊-奈奎斯特噪声(平衡热噪声,是热力学不可避免的结果)、散粒噪声(非平衡“过量”噪声,是材料中电荷载体粒度的结果)和“闪烁”噪声(样本电阻的实际时间波动,可能会干扰散粒噪声测量)。讨论了各种噪声测量技术,包括与不同方法相关的权衡。
皮秒激光超声波系统 (PLUS) 支持 (项目 79):学生将通过启动系统、对准激光束和运行基于 labview 的数据采集软件从 PLUS 系统获取数据。其他职责包括通过测量 RMS 噪声来提高信噪比,将此噪声与理论散粒噪声限制性能进行比较,识别额外噪声源,开发电路或实验技术以消除这些噪声源,开发运动控制软件和热波实验,这需要能够开发 Labview 例程。开发软件实验模型/模拟需要具有 C 和 C++ 编程经验。
近年来,光学量子增强计量和亚散粒噪声计量变得越来越重要。然而,相关的测量技术尚未在 NMI 中普遍应用,主要是因为可用的相关源,即高效单光子源和纠缠光子源,不可靠或无法商业化。在设计这些源方面已经取得了重大进展,但如果要将它们用于计量应用,则需要进一步开发。针对此 SRT 的提案应旨在基于不同的应用导向平台开发明亮的纠缠光子源,并利用高纯度的单光子源,以展示使用这些源进行特定测量可实现的量子优势。
在本课程中,我们将探讨模拟电路分析和设计的高级主题,重点是与传感器接口相关的概念。我们将重点介绍离散电路和基于运算放大器的电路,即由运算放大器和无源元件(如电阻器和电容器)以及晶体管(BJT 和 MOSFET)组成的电路。我们将深入研究噪声(约翰逊噪声、散粒噪声、闪烁噪声),并学习如何设计电路以在实际设计约束(例如功率、成本、组件可用性)下实现特定的性能目标。我们将探讨线性的概念以及具有非线性特性的器件(例如晶体管、二极管和运算放大器)如何影响电路和系统性能。我们将讨论使用反馈设计精密电路的优势。我们将概述数据转换器(ADC 和 DAC),并探讨各种架构(奈奎斯特、过采样、Delta-Sigma)及其性能限制(噪声、线性、功率、速度)。
在量子光学领域,精确表征各种噪声源(例如散粒噪声、电噪声和真空噪声)对于推进光学测量技术和量子信息系统至关重要。本研究介绍了一种使用同差检测将光强度波动转换为电压信号的实验方法。然后借助示波器或频谱分析仪分析这些信号,以剖析噪声的时间和频谱特性。这些工具的集成使我们能够详细观察和区分量子噪声,从而提供对提高光学系统的准确性和效率至关重要的见解。该项目主要基于两部分:光学和电子学,我们成功完成了光学部分,而电气部分有待未来研究。这些发现为改进量子噪声表征奠定了基础,促进了下一代光学和量子信息技术的发展。
压缩态是连续变量 (CV) 量子信息处理的主要资源。为了以可扩展且稳健的方式实现 CV 协议,最好使用集成光子学平台生成和操纵压缩态。在本信中,我们展示了使用具有双泵四波混频过程的小型氮化硅微谐振器在射频载波边带中生成正交相位压缩态。我们记录的压缩噪声水平比光电流散粒噪声低 1.34 dB(0.16 dB),这相当于芯片上 3.09 dB(0.49 dB)的正交压缩。我们还表明,考虑泵浦场的非线性行为对于正确预测此系统中可以产生的压缩至关重要。这项技术代表着朝着创建和操纵可用于量子信息应用(包括通用量子计算)的大规模 CV 簇状态迈出了重要一步。
摘要:我们提出了一种基于非线性多谐振光学器件的片上陀螺仪,该器件位于薄膜𝜒 (2) 谐振器中,同时兼具高灵敏度、紧凑外形和低功耗。我们从理论上分析了一种新颖的整体度量标准——多谐振非线性光子腔的 Fisher 信息容量,以充分表征我们的陀螺仪在基本量子噪声条件下的灵敏度。利用贝叶斯优化技术,我们直接最大化非线性多谐振 Fisher 信息。我们的整体优化方法协调了多种物理现象的和谐融合——包括噪声压缩、非线性波混频、非线性临界耦合和非惯性信号——所有这些都封装在单个传感器谐振器中,从而显著提高了灵敏度。我们表明,与具有相同占地面积、内在品质因数和功率预算的散粒噪声受限线性陀螺仪相比,可以实现约 470 × 的改进。