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EE599，量子传感简介：推理与信息 学分：4 2023 年春季 — 周一、周三 — 时间：4:00-5:50 地点：待定 讲师：朱群涛
EE599，量子传感简介：推理和信息 学分：4 2023 年春季——周一、周三——时间：4:00-5:50 地点：待定 讲师：庄群涛 办公室：PHE 606（临时办公室 PHE 620） 办公时间：周三 3-4 点 联系信息：qzhuang@usc.edu 助教：待定 办公室：待定 办公时间：待定 联系信息：待定 课程描述 这是一门 4 单元的课程，介绍量子传感的基础知识——推理和信息的量子理论。 量子信息科学与工程在计算、通信和传感方面显示出超越经典性能的巨大希望。特别是，传感是量子技术在近期的实际应用方面可以比传统传感技术更具优势的领域。量子传感与计量研究使用非经典资源来增强各种传感应用的测量性能。作为一个突出的例子，激光干涉引力波天文台 (LIGO) 将非经典压缩光注入其迈克尔逊干涉仪，以超越激光散粒噪声造成的标准量子极限 (SQL)。除了 LIGO，量子计量学还被用于目标检测、显微镜、生物传感和相位跟踪。本课程将介绍量子传感的理论基础，并提供不同实际传感场景中量子优势的典型例子。本课程从基本量子力学开始，包括量子比特系统和以谐振子建模的量子光学系统。然后，我们将介绍经典推理的基础知识，作为随后量子版本的初步知识。最后，我们将讨论一些量子传感的物理系统。本课程将介绍建模和分析量子传感协议的基本工具和方法，并将其应用于实际示例。本课程面向具有复杂线性代数成熟知识的学生，为学生提供量子传感的最新概述，并为他们开始量子传感研究做好准备。相关课程：EE 520 量子信息处理简介、PHYS 513 量子计算应用和 EE 514：量子误差校正学习目标 在本课程结束时，学生将对各种量子传感范式有基本的了解，并获得定量工具来分析量子传感性能。学生将了解纠缠和压缩如何增强传感光学相位，以及多部分纠缠如何导致海森堡误差缩放。
暂定计划（截至 2022 年 6 月 4 日）会议...
10:50–11:30：休息/电子海报会议 11:30 – 11:40：Andrea Tomadin（意大利比萨大学）O 光激发石墨烯的有效塞贝克系数理论 11:40 – 11:50：Adam Rycerz（波兰雅盖隆大学）O 掺杂石墨烯中的亚 Sharvin 电导和增强散粒噪声 11:50 – 12:00：Argyrios Varonides（美国斯克兰顿大学）O 通过正向偏置石墨烯/n-GaAs 肖特基结中的隧穿实现电子发射理论 12:00 – 12:30：Marcos A. Pimenta（巴西 UFMG 大学）K 旋转双层石墨烯中层内和层间电子-声子过程的共振拉曼增强 12:30 – 12:40：Artur Dobrowolski （Lukasiewicz 研究网络-微电子与光子学研究所，波兰） O 根据 SiC 衬底的拉曼响应确定石墨烯层数 12:40 – 12:50：Karolina Pietak（Lukasiewicz 研究网络-微电子与光子学研究所，波兰） O 通过介电层沉积增强石墨烯相关和衬底相关的拉曼模式 12:50 – 13:00：Jakub Jagiello（Lukasiewicz 研究网络-微电子与光子学研究所） : 13:00 – 13:10: Konrad Wilczynski (华沙理工大学，波兰) O 支撑单层和多层 WS2 纳米片中的声子非谐性 - 第一性原理和拉曼研究 13:10 – 13:20: Christoph Geers (NanoLockin GmbH，瑞士) O 用于分析石墨烯的主动热成像技术 13:20 – 14:20 : 午餐休息 14:20 – 14:50: Joshua A. Robinson (宾夕法尼亚州立大学，美国) K 探索原子极限的金属 14:50 – 15:00: Assael Cohen (特拉维夫大学，以色列) O 一种用于晶圆级高光学质量 TMD 的创新方法 原子通过 MOCVD 技术进行层生长 15:00 – 15:30: Joan M. Redwing (美国宾夕法尼亚州立大学) K 蓝宝石上的 TMD 阶梯定向外延
王宇欣——量子蒸汽朋克实验室
[3] G. Lee, T. Jin, Y.-X. Wang, A. McDonald, AA Clerk, 《无需测量或后选择即可实现互易性破缺引起的纠缠相变》 PRX Quantum 5, 010313 (2024)。[4] PC Jerger, Y.-X. Wang, M. Onizhuk, BS Soloway, MT Solomon, C. Egerstrom, FJ Heremans, G. Galli, AA Clerk, DD Awschalom, 《利用金刚石中单自旋的量子淬火相移检测自旋浴极化》 PRX Quantum 4, 040315 (2023)。[5] Q. Xu, G. Zheng, Y.-X. Wang、P. Zoller、AA Clerk 和 L. Jiang，具有压缩猫量子比特的自主量子纠错和容错量子计算，npj Quantum Inf. 9，78 (2023)。[6] A. Pocklington、Y.-X. Wang 和 AA Clerk，耗散配对相互作用：量子不稳定性、拓扑光和体积定律纠缠，Phys. Rev. Lett. 130，123602 (2023)。[7] Y.-X. Wang、C. Wang 和 AA Clerk，通过耗散规范对称性实现的量子非互易相互作用，PRX Quantum 4，010306 (2023)。[8] A. Pocklington、Y.-X. Wang、Y. Yanay 和 AA Clerk，利用局部耗散稳定费米子和量子比特的体积定律纠缠态，Phys. Rev. B 105，L140301 (2022)。[9] A. Seif、Y.-X. Wang 和 AA Clerk，区分量子和经典马尔可夫失相耗散，Phys. Rev. Lett. 128，070402 (2022)。[10] Y.-Y. Wang、S. van Geldern、T. Connolly、Y.-X. Wang、A. Shilcusky、A. McDonald、AA Clerk 和 C. Wang，低损耗铁氧体循环器作为可调手性量子系统，Phys. Rev. Applied 16 , 064066 (2021)。[11] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 本征和诱导量子猝灭用于增强基于量子比特的量子噪声光谱, Nat. Commun. 12 , 6528 (2021)。[12] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 非高斯量子噪声的光谱表征：Keldysh 方法及其在光子散粒噪声中的应用, Phys. Rev. Research 2 , 033196 (2020)。[13] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 量子系统中无耗散的非厄米动力学, Phys. Rev. A 99 , 063834 (2019)。[14] Y.-X. Wang、L.-Z. Mu、V. Vedral 和 H. Fan，纠缠 Rényi α 熵，物理学。修订版 A 93 , 022324 (2016)。
为什么需要 EMI 滤波器？| WEMS Electronics
电磁兼容性 (EMC) 工程师使用“噪声”的概念来描述降低电子设备性能的有害信号。在航空电子应用中，外部和内部 EMI 噪声源都可能干扰敏感的导航和战术设备，甚至可能破坏飞机的控制。航空母舰的大型电子设备舱可能会造成干扰，导致飞机起飞或降落失败。影响卫星传输的 EMI 可能导致战场上的通信故障。出于这些原因，EMI 被认为是一个严重的问题，并且已经开发出许多技术和技巧来确保数据传输系统中的电磁兼容性 (EMC) - 从船上到海底，从航空电子设备到太空，从航空母舰到微型无人机。 EMI 源 EMI“噪声”源可分为三类：1) 由物理系统内的随机波动引起的固有噪声，例如热噪声和散粒噪声；2) 来自电机、开关、电源、数字电子设备和无线电发射器的人为噪声；3) 来自自然干扰的噪声，例如静电放电 (ESD)、闪电和太阳黑子。 固有噪声源可能非常微妙，通常无法识别。所有电气系统都是固有噪声的潜在来源，包括便携式收音机、MP3 播放器、手机等常见设备。这些设备只要开启就会造成干扰。这是因为导电介质或半导体器件中的电子在受到外部电压激发时会产生电流。当外部施加的电压停止时，电子会继续移动，随机地与其他电子和周围材料相互作用。即使没有电流，这种随机电子运动也会在导电介质中产生噪声。人为 为了保护航空电子系统免受人为噪音的影响，商业航班上完全禁止使用故意的射频 (RF) 发射器，如手机、蓝牙配件、CB 无线电、遥控玩具和对讲机。笔记本电脑、手持式扫描仪和游戏机虽然不是故意的发射器，但会产生 1 MHz 范围内的信号，从而影响航空电子设备的性能。导航电缆和其他关键线路沿着机身铺设，乘客坐在几英尺远的地方。由于构成客舱内部的薄介电材料片（通常是玻璃纤维）根本不提供任何屏蔽；而且由于商用客机包含长达 150 英里的电线，这些电线可能像一个巨大的天线一样，因此乘客必须注意有关使用潜在破坏性电子设备的规定。显然，这些内部 EMI 源对飞机来说非常危险，因为它们离它们可能影响的系统非常近。但外部来源，地面上的无线电和雷达发射器，或过往军用飞机的雷达，驾驶舱航空电子设备容易受到多种 EMI 源的影响，包括 iPhone 和其他 PED 的人为干扰，由于这些设备的高功率和高频率，干扰可能更大。如果许多外部和内部 EMI 源还不够令人担忧，铝制机身本身在某些情况下可以充当 1 到 10 MHz 范围内的谐振腔。机身的行为与卫星天线非常相似，可以通过集中人为和自然发生的瞬态信号并将干扰广播到附近的设备来加剧内部和外部 EMI 的影响。一家大型飞机制造商最近发布的一份报告说明了人们对乘客携带的便携式电子设备 (PED) 的持续担忧。商用飞机上这些设备的数量激增，尤其是随着 Apple iPad 等新型笔记本电脑设备的出现。使用 PED 会产生
激光技术在量子信息科学中的应用
实验物理学的科学进步不可避免地依赖于基础技术的不断进步。激光技术可以实现受控的相干和耗散原子光相互作用，而微光学技术则可以实现标准光学无法实现的多功能光学系统。本论文报告了这两项技术的重要进展，目标应用范围从里德堡态介导的量子模拟和光镊阵列中单个原子的计算到高电荷离子的高分辨率光谱。报告了激光技术的广泛进展：通过引入机械可调透镜支架，外腔二极管激光系统的长期稳定性和可维护性得到显著改善。开发了基于类似透镜支架的锥形放大器模块。二极管激光系统由数字控制器补充，用于稳定激光频率和强度。控制器提供高达 1.25 MHz 的带宽和由商业 STEMlab 平台设定的噪声性能。此外，还开发了针对强度稳定和 Pound-Drever-Hall 频率稳定进行优化的散粒噪声受限光电探测器以及用于 MHz 范围拍音的光纤探测器。通过分析用于波长为 780 nm 的 85 Rb 激光冷却的激光系统的性能，证明了所提出技术的能力。参考激光系统稳定到由调制传输光谱提供的光谱参考。分析该光谱方案以发现高调制指数下的最佳操作。使用紧凑且经济高效的模块产生合适的信号。实现了一种基于光学锁相环的激光偏移频率稳定方案。来自参考激光系统的所有频率锁定均提供 60 kHz（FWHM）的 Lorentzian 线宽以及 10 天内 130 kHz 峰峰值的长期稳定性。基于声光调制器与数字控制器相结合的强度稳定允许在微秒时间尺度上进行实时强度控制，并辅以响应时间为 150 纳秒的采样保持功能。对激光系统的光谱特性提出了很高的要求，以实现量子态的相干激发。在本论文中，通过引入一种用于二极管激光器的新型电流调制技术来增强主动频率稳定的性能。实现了从 DC 到 100 MHz 的平坦响应和低于 90 ◦ 的相位滞后，最高可达 25 MHz，从而扩展了可用于激光频率稳定的带宽。将该技术与快速比例微分控制器相结合，实现了两个激光场，相对相位噪声为 42 mrad rms，用于驱动铷基态跃迁。通过双光子方案进行相干里德堡激发的激光系统通过从 960 nm 倍频提供 780 nm 和 480 nm 的光。从单模光纤获得的 480 nm 输出功率为 0.6 W。两个激光系统的频率都稳定在高精细度参考腔中，导致 960 nm 处的线宽为 1.02 kHz（FWHM）。数值模拟量化了有限线宽对里德堡拉比振荡相干性的影响。开发了一种类似于 480 nm 里德堡系统的激光系统，用于高电荷铋的光谱分析。先进的光学技术也是微光学镊子阵列的核心，它提供了前所未有的系统尺寸可扩展性。通过使用优化的透镜系统与自动评估程序相结合，演示了具有数千个点且阱腰小于 1 µm 的镊子阵列。使用增材制造工艺生产的微透镜阵列实现了类似的性能。微透镜设计针对制造工艺进行了优化。此外，还分析了由于抑制谐振光导致的偶极阱散射率，证明了使用锥形放大器系统生成偶极阱的可行性。