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挤压和纠缠光 - ediss.sub.hamburg
压缩态和纠缠态已被证明是光量子传感和提高测量灵敏度的宝贵资源。然而，它们的潜力尚未得到充分挖掘。在我的论文的第一部分，我展示了压缩光操作的马赫曾德干涉仪的实验量子增强。我测量了超过十倍的非经典灵敏度改进，相当于 (10.5 ± 0.1) dB，这相当于相干光功率增加了 11.2 倍。此外，我的论文提出了一个关于马赫曾德拓扑内直接吸收（损耗）测量的新概念。该技术使用量子相关的二分压缩光束来测量放置在马赫曾德干涉仪一个臂中的样品的透射率。我的原理验证实验表明，损耗与所用光电二极管的量子效率无关。除此之外，该概念可能成为集成量子光子器件生物传感光学测量的有力工具。感光样品在强光照射下特别容易受到高功率的影响，而这种测量将受益于压缩光的极低强度。在我的论文的第二部分，我展示了如何克服传感动态系统中的量子不确定性。首次实现了相对于纠缠量子参考具有亚海森堡不确定性的相空间轨迹。时间演化得到无条件监测，其精度比任何没有关联的量子力学系统高十倍。我同时测量了相位和振幅正交，剩余不确定性为 ∆ X ( t ) ∆ Y ( t ) ≈ 0.1 Å h / 2 。结果支持纠缠增强传感器的量子技术，并证实了量子不确定性关系的增强物理描述。从这个角度来看，我重新审视了海森堡的不确定性关系，并得出结论，它为两个共轭可观测量相对于已耦合到环境的参考系统的不确定性设置了下限。
参数化量子电路的输入冗余
量子信息处理旨在利用量子物理现象进行数据处理。该领域始于 20 世纪 80 年代初 [ 1 , 2 ]，最近在构建可控量子力学系统方面取得的突破引发了该领域的爆炸式增长。构建量子计算机是一项艰巨的挑战，但设计算法同样艰巨，这些算法在量子计算机上运行后，能够利用专家们普遍认为量子计算在某些计算任务上优于传统计算的优势。一项特别引人注目的努力是利用近期的量子计算机，但它的缺点是尺寸有限，并且存在令人衰弱的量子噪声。过去几年，噪声中型量子 (NISQ) 计算机的算法设计领域一直在努力确定计算领域、采用量子信息处理的范例和商业用例，以便从构建可编程量子力学设备的最新进展中获益——尽管目前这些进展可能还很有限 [ 3 ]。人工智能 [ 3 , 4 ] 是近期可能实现量子优势的用例领域。这种希望最有可能出现在生成任务中：理论上已经证明，几种概率分布族允许量子算法从中有效地采样，而没有经典算法能够或已知能够执行该采样任务。玻色子采样可能是这些采样任务中最广为人知的，即使在有噪声的情况下这种优势似乎不会持续（参见 [ 5 ]）；在参考文献 [ 6 , 7 ] 中可以找到一些其他采样程序的示例。在可以通过操纵一个或多个参数来迭代改变的量子电路方面也取得了有希望的进展：Du 等人 [ 8 ] 考虑了所谓的参数化量子电路 (PQC)，发现它们也在生成任务中产生了理论优势。当强调非线性方面时，PQC 偶尔被称为量子神经网络 (QNN)（例如在 [ 9 ] 中），或称为变分量子电路 [ 10 ]。在本文中，我们坚持使用术语 PQC，但不考虑排除 QNN 或 VQC。
高电荷离子的量子逻辑光谱
所有物质的结构和性质都由基本相互作用和对称性决定。对于可见物质的小组成部分——原子来说尤其如此。因此，原子光谱的研究是提高我们对自然理解的重要工具。高电荷离子构成了所有原子系统的大多数，因为每个单独的元素都具有与电子一样多的电荷状态，并且它们在宇宙中无处不在。因此，它们的系统研究不仅是原子物理学的一个组成部分，而且对天体物理学、核物理学和聚变研究等许多其他领域也具有重要意义。最近，高带电离子中的光学跃迁已被提出用于粒子物理标准模型之外的未知物理的敏感测试和新型光学原子钟。然而，由于实验方法不充分，相对光谱精度仅略优于 10 −6，迄今为止阻碍了此类项目的实施。在这项工作中，我们首次展示了高电荷离子的相干激光光谱。与以前使用的光谱方法相比，精度可以提高约 8 个数量级。以高电荷40 Ar 13 +离子中的光学2 P 1 / 2 – 2 P 3 / 2精细结构跃迁为例进行了研究。将该物种的单个离子从热等离子体中分离出来，并将其与激光冷却的单电荷 9 Be + 离子一起作为双离子晶体存储在低温保罗阱的谐波势中。然后，这个耦合的量子力学系统被冷却到运动基态——这是高电荷离子所达到的最冷状态。利用量子逻辑，可以制备40 Ar 13 +离子的电子态，经过光谱分析后，转移到9 Be +逻辑离子并进行检测。此外，还测量了激发态的寿命和 g 因子——后者具有前所未有的精度，这使得解决狭义相对论、电子相互作用和量子电动力学的效应成为可能，并澄清了不同理论预测之间的差异。所展示的概念普遍适用于高电荷离子。因此，这项工作开辟了高带电离子用于各种基础物理测试的潜力，用于探索未知物理（例如第五种力、基本常数的变化和暗物质）以及用于未来的光学原子钟。
热场双态的变分制备...
热场复偶（TFD）是反德西特/共形场论（AdS/CFT）对应关系中的一种特殊状态[1]，它将 D + 1 维反德西特空间中的假定量子引力理论与维度 D 边界上的共形场论联系起来。黑洞发射热辐射[2]，实际上在外部留下一个热密度矩阵。以色列[3]指出，通过考虑热场复偶可以重现可观测量的计算，类似于史瓦西几何的最大延伸。后来，马尔达西那[4]在 AdS/CFT 的背景下推测，边界 CFT 的 TFD 应该对应于 AdS 中永恒的双面黑洞。存在于相差一维的理论之间的对偶性这种想法通常被称为全息论。为了检验这种二元性，考虑可穿越虫洞现象是很有趣的，这是 AdS/CFT 的一个惊人预测。从引力的角度来看，黑洞两侧的边界显然不能因果通信。虽然有一个空间虫洞连接两个外部区域，但人们无法穿越它而不落入黑洞奇点。如果爱丽丝和鲍勃在对立面，他们就无法相遇，除非他们一起跳进黑洞。Gao、Jafferis 和 Wall [ 22 ] 的最新进展表明，两种边界理论的特定耦合会产生负能量冲击，使 TFD 状态下的虫洞可穿越。换句话说，鲍勃可以与爱丽丝团聚而不会被吸入黑洞。作为此协议以及 AdS/CFT 中许多其他思想实验的起点，人们假设可以访问 TFD 状态。一个很有前途的用于探测 AdS/CFT 的量子力学系统是 Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 模型 [5,6]。例如，它在低能下表现出共形对称性，其动力学由 Schwarz 作用量支配 [7]。相同的作用量支配着一种被称为 Jackiw-Teitelboim 引力的二维量子引力理论 [8,9]。此外，它已被证明会在低温下使混沌界限饱和，这也是黑洞最大扰乱的标志 [10,11]。在参考文献 [12] 中，作者在近 AdS2 中构造了永恒可穿越虫洞解，并表明两个耦合 SYK 模型的低能极限具有相同的作用量。一个关键结果是，他们表明 SYK 模型的 TFD 可以很好地通过具有小相互作用的双边哈密顿量的基态来近似。在本研究中，我们考虑了在噪声中尺度量子 (NISQ) [ 13 ] 设备上准备 SYK 模型的 TFD 的状态的任务。参考文献 [ 14 ] 中考虑了准备任意理论的 TFD 的更一般任务。同样，该策略是构建一个哈密顿量，其基态编码了 TFD 结构。虽然方程中的哈密顿量文献 [ 12 ] 中的 (3.21) 可以看作文献 [ 14 ] 中构造的略微特殊版本，我们将在本文中使用它，因为它相对简单。这两种方法都考虑使用辅助浴将系统绝热冷却到基态。在这里，我们采用变分法，从参数可调的量子电路假设开始。这样就不需要辅助系统了。类似的方法曾用于构造 Ising 模型的 TFD [ 15 ]。简而言之
简历：Mauro Paternostro
个人简历：Mauro Paternostro 工作地址：贝尔法斯特女王大学数学与物理学院理论原子、分子和光学物理中心（CTAMOP），BT7 1NN 贝尔法斯特（英国） 网站网址：http://web.am.qub.ac.uk/wp/qo/ Google Scholar：https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=_CnosV0AAAAJ 职业经历： 2020 年 8 月 - 2025 年 7 月：贝尔法斯特女王大学（QUB）数学与物理学院院长。 2019 年 4 月 - 2024 年 3 月：QUB 数学与物理学院理论原子、分子和光学物理中心（CTAMOP）皇家学会沃尔夫森研究员。 2017 年 6 月 - 2017 年 7 月：巴黎高等师范学院 Kastler Brossel 实验室客座教授（法国）。 2016 年 1 月 - 2016 年 3 月：罗马第一大学客座教授（意大利）。 2013 年 10 月 - 至今：卡塔尔大学数学与物理学院 CTAMOP 正教授。 2012 年 5 月 - 2013 年 10 月：德国乌尔姆大学理论物理研究所亚历山大·冯·洪堡资深研究员奖学金计划客座教授。 2012 年 9 月 - 2016 年 8 月：巴西圣保罗 ABC 联邦大学客座教授。 2011 年 10 月 - 2013 年 9 月：卡塔尔大学数学与物理学院讲师。 2008 年 10 月 - 2014 年 3 月：QUB 数学与物理学院 EPSRC 职业加速研究员。2008 年 10 月 - 2011 年 9 月：QUB 数学与物理学院讲师。2008 年 4 月 - 2008 年 9 月：QUB CTAMOP 研究员。2005 年 10 月 - 2008 年 3 月：QUB 和维也纳大学（奥地利）Leverhulme Trust EC 研究员。2005 年 2 月 - 2005 年 9 月：QUB CTAMOP 韩国研究基金会资助的研究员。教育经历：2002 年 4 月 - 2005 年 1 月：QUB 博士研究生，论文题目：“量子信息处理有效方案的理论建议”（口试：2005 年 2 月；授予学位：2005 年 7 月）。 1997 年 11 月 - 2002 年 2 月：以优异成绩获得意大利巴勒莫大学物理与天文科学系物理学学士学位，成绩为 110/110，论文题目为“腔量子电动力学系统中的非局部量子门”（答辩时间：2002 年 2 月）。资金来源：研究经费英国 EPSRC 研究基金 EP/T028106/1 的首席研究员 [2021–2025，120 万英镑]。利华休姆信托培训网络“LINAS”的联合研究员 [2021–2027，135 万英镑]。皇家学会国际交流项目的首席研究员 [2019–2021，12,000 英镑]。利华休姆信托研究项目“UltraQuTE”资助项目的首席研究员 [2018-2022，35 万英镑]。玛丽居里 IEF 项目的负责人，授予 Alessio Belenchia 博士 [2018-2020，25 万欧元]。H2020 合作项目“TEQ”的首席研究员 [2017-2020，470 万欧元]。SFI-DfE 研究员计划拨款“QuNaNet”的首席研究员 [2016-2021，210 万英镑]。玛丽居里 COFUND 项目“SpARK”的联合研究员 [2018-2022，380 万欧元]。QUB-FAPESP SPRINT 项目的首席研究员 [2017-2019，12,000 英镑]。皇家学会牛顿国际奖学金的联合研究员，该奖学金授予 Obinna Abah 博士，在贝尔法斯特的研究小组工作 [2016-2018，64,300 英镑]。皇家学会牛顿流动基金的首席研究员 [2016-2017，6,000 英镑]。COST Action CA15220 的主要提议人和副主席 [2016-2020，450,000 欧元]。 SFI H2020 催化剂奖联合研究员 [2015-2017，25,000 欧元]。朱利安施温格基金会资助项目首席研究员 [2015-2016，50,000 英镑]。EPSRC INSPIRE 资助项目 EP/M003019/1 联合研究员 [2006-2009，44,820 英镑]。欧盟 FP7 项目“TherMiQ”首席研究员和协调员 [2014-2017，280 万欧元]。约翰坦普顿基金会资助项目“重新定义中观系统中的量子性”首席研究员 [2013-2016，375,109 英镑]。 EPSRC“小型设备”资助 EP/K029371/1 的联合研究员 [2013，£ 358,556]。CNPq 资助“科学无疆界：特别访问研究员资助”的联合研究员 [2012-2015]。EPSRC“EPSRC 研究领导者的新方向”的首席研究员 [2012-2014，£ 165,000]。玛丽居里 IEF 的负责人科学家，授予 Laura Mazzola 博士 [2012-2014，€ 250,000]。英国文化协会资助的英国-意大利伙伴关系计划 2009-2010 年度 [2010 年 1 月 - 2010 年 12 月，12,000 英镑] 和英国-意大利伙伴关系计划 2008-2009 年度 [2008 年 1 月 - 2009 年 12 月，玛丽居里 IEF 负责人，授予 Laura Mazzola 博士 [2012-2014 年，250,000 欧元]。英国文化协会资助的英国-意大利合作计划 2009-2010 年 [2010 年 1 月 - 2010 年 12 月，12,000 英镑] 和英国-意大利合作计划 2008-2009 年 [2008 年 1 月 - 2009 年 12 月，玛丽居里 IEF 负责人，授予 Laura Mazzola 博士 [2012-2014 年，250,000 欧元]。英国文化协会资助的英国-意大利合作计划 2009-2010 年 [2010 年 1 月 - 2010 年 12 月，12,000 英镑] 和英国-意大利合作计划 2008-2009 年 [2008 年 1 月 - 2009 年 12 月，