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量子参量振荡器中共振力引起的对称性破缺
参量振子的量子动力学越来越受到理论和实验界的关注 [1-16]。在一定程度上，这种兴趣来自于参量振子的新应用，特别是在量子信息领域的应用。在更广泛的背景下，此类振子为研究远离热平衡的量子动力学和揭示其迄今未知的方面提供了一个多功能平台，隧穿新特征和新的集体现象就是例子。动力学特征之一是多态量子系统中详细平衡的出现和特征，这也是本文的动机之一。在很大程度上，参量振子的重要性在于其对称性。此类振子是具有周期性调制参数（如特征频率）的振动系统，其振动频率为调制频率 ω p 的一半。经典上，振动态具有相等的振幅和相反的相位 [17]，这是周期倍增的一个基本例子。量子力学上，振动态可被认为是符号相反的广义相干态 [18]。弗洛凯本征态是频率为 ω p / 2 的振动态的对称和反对称组合。一般来说，在量子信息中使用参量振子需要进行破坏其对称性的操作，参见文献 [19]。对称性破坏可以通过在频率为 ω p / 2 处施加额外的力来实现。从经典角度来看，这种力的作用可以从图 1(a) 中理解。由于振动态具有相反的相位，因此力可以与两个状态中的其中一个同相，从而增加其
机器学习随机微分方程用于经典多体系统平衡态和非平衡态序参量的演化
摘要。我们开发了一种机器学习算法来推断控制多体系统序参量演化的随机方程。我们训练我们的神经网络来独立学习作用于序参量的定向力以及有效扩散噪声。我们使用具有 Glauber 动力学的经典 Ising 模型和接触过程作为测试案例来说明我们的方法。对于代表典型平衡和非平衡场景的两种模型，可以有效地推断出定向力和噪声。Ising 模型的定向力项使我们能够重建序参量的有效势，该序参量在临界温度以下形成特征性的双阱形状。尽管它具有真正的非平衡性质，但这种有效势也可以用于接触过程，并且其形状表示相变到吸收状态。此外，与平衡 Ising 模型相反，吸收状态的存在使噪声项依赖于序参量本身的值。
克尔介质中驱动参量振荡器的量子动力学
相干态是一个重要的概念，其特征值关系为 ˆ a | α = α | α as，是研究和描述辐射场的一个非常方便的基础，它是由薛定谔于 1926 年在对量子谐振子的研究 1 – 4 中首次提出的。然而，基于相干态和光电检测的量子相干理论已由 Glauber、Wolf、Sudarshan、Mandel、Klauder 等人在 20 世纪 60 年代初发展起来，它与经典辐射场中的量子态最为相似，因此被认为是经典力学和量子力学的边界。Glauber 的创新工作于 2005 年获得诺贝尔奖，以表彰他。事实上，相干态已经成为量子物理学中最常用的工具之一，在各个领域，特别是在量子光学和量子信息中发挥着非常重要的作用。相干态使我们能够使用 Wigner 等人早期开发的准概率来描述光在相空间中的行为 7 。相干态的重要性在于它们的概括已被证明能够呈现非经典辐射场特性 8 – 10 。激光作为一种极具潜力的相干光的表现标志着对光与物质之间非线性相互作用的广泛研究的开始 11 。这可以通过实验通过将相干态穿过克尔介质来实现，这是由于出现了可识别的宏观相干态叠加，即所谓的猫态 12 。当克尔介质的入口状态是正则相干态时，Kitagawa 和 Yamamoto 引入了克尔态作为克尔介质的输出 13 。克尔效应会产生正交压缩，但不会改变输入场光子统计特性，即它仍然是泊松分布，这是正则相干态输入的特性，用于产生相干态的叠加 14 – 16 。这里值得注意的是，光在克尔介质中的扩散也以非谐振荡器样本为特征，非谐项取为 ˆ np ，其中 p 为整数（p > 1）17 , 18 。该振荡器模式可以被评估为描述注入具有非线性磁化率的传输线（例如光纤）的相干态的演变。用相干态的量子力学描述的激光束在通过非线性介质时会经历各种复杂的改变，包括量子态的崩溃和复活。在任何线性或非线性的演变中，耗散总是会发生。耗散效应通常导致振幅的减小，但是，如果相互作用发生在原子尺度上，量子效应就会很显著 19。非线性相干态是标准相干态最突出的概括之一 20 。一个合适的问题是：如果初始相干态的时间演化受到时间相关谐振子哈密顿量的影响，并与时间相关外部附加势 21 – 24 耦合，会发生什么情况？时间相关谐振子有很多种，例如参数振荡器 11、25 、卡尔迪罗拉-卡奈振荡器 26、27 和具有强脉动质量的谐振子 28 。
SNAIL 参量放大器的制作
最简单、最普遍的放大定义可能来自 Clerk 等人。他们指出，“放大涉及使一些与时间相关的信号变大”[1]。在我们更详细地了解放大过程之前，我们先解释一下为什么“使一些与时间相关的信号变大”在电路 QED 中至关重要，以此来激励放大器。在超导电路的读出过程中，信噪比至关重要。除其他因素外，信噪比还会影响需要进行多少次重复测量才能获得清晰的结果，或者是否可以进行单次读出。读出腔的输出可以被视为量子信号，因为传输线的电磁激发仅涉及几个光子 [2]。从这个寒冷的地方到室温下的测量装置，最初已经很弱的信号会进一步衰减，热噪声和电噪声也会添加到信号中。室温下射频线的本底噪声已经远高于初始信号的激励。因此，如果不对原始信号进行任何类型的放大，几乎不可能看到任何读出信号。现在，图 1.1 中可以看到“使一些时间相关信号变大”如何有助于维持初始 SNR。虽然放大器本身会给信号添加一些噪声，但放大器会通过放大因子 G 抑制放大器后添加到信号中的所有损耗和噪声。实际上，会使用多级放大。如图 1.2 所示，在腔体输出处进行第一次放大之后，通常使用 4 K 的高电子迁移率晶体管 (HEMT) 和室温下的暖放大器进一步放大信号。
利用参量放大器辅助零差检测测量连续变量量子纠缠
传统的测量爱因斯坦-波多尔斯基-罗森型连续变量量子纠缠的方法依赖于平衡零差检测，而平衡零差检测对由于探测器量子效率、被检测场与本振模式失配等因素引起的损耗耦合进来的真空量子噪声非常敏感。本文提出并分析了一种利用高增益相敏参量放大器辅助平衡零差检测实现的测量方法。相敏放大器的使用有助于解决因检测损耗引起的真空量子噪声。此外，由于高增益相敏放大器可以耦合两种不同类型的场，因此所提方案仅使用一次平衡零差检测便可揭示两种不同类型场之间的量子纠缠。进一步分析表明，在多模情况下，所提方案也优于传统方法。这种测量方法在涉及连续变量测量的量子信息和量子计量学中有着广泛的应用。
利用约瑟夫森参量放大实现硅量子点的快速门读出
硅量子器件中的自旋是大规模量子计算的有希望的候选对象。基于门的自旋量子比特传感提供了具有高保真度的紧凑且可扩展的读出，但是，需要进一步提高灵敏度以满足保真度阈值和实现纠错协议中的快速反馈所需的测量时间尺度。在这里，我们将 622 MHz 的射频门控传感与在 500 – 800 MHz 频段工作的约瑟夫森参数放大器相结合，以减少读取纳米线晶体管中形成的硅双量子点状态所需的积分时间。根据我们实现的信噪比，我们估计平均保真度为 99.7% 的单重态-三重态单次读出可以在 1 μ s 内完成，远低于容错读出的要求，比不使用约瑟夫森参数放大器快 30 倍。此外，约瑟夫森参数放大器允许在较低的射频功率下运行，同时保持相同的信噪比。我们确定噪声温度为 200 mK，其中约瑟夫森参量放大器（25%）、低温放大器（25%）和谐振器（50%）的贡献，显示出进一步提高读出速度的途径。
由 1 kHz 钛宝石激光脉冲泵浦的光参量放大器的高转换效率，可产生可调谐的高次谐波
摘要：我们报告称，通过将市售的 Ti：Sapphire 飞秒、1 kHz 激光系统与光参量放大器 (OPA) 相结合，实现了近 50% 的高转换效率。对于 1 kHz 和 35 fs 持续时间的 2.2 mJ/脉冲的输入能量，在信号波长为 1310 nm 时，信号加上闲置脉冲的总 OPA 输出能量为 1.09 mJ/脉冲。我们发现，由于 OPA 中的高增益饱和，输出光束轮廓几乎是平顶的。利用信号脉冲，我们在气体中产生高次谐波，并测量从氩气中电离的光电子的速度图图像与信号波长的关系。我们观察到，在高次谐波光子能量的特定范围内，在低动能区域观察到四倍光电子角结构。我们的结果表明，具有高转换效率OPA和超高斯光束轮廓的输出脉冲可用于需要在极紫外区域产生可调谐高次谐波的实验。
超导参量腔中三光子自发参量下转换的观测
自发参量下转换 (SPDC) 几十年来一直是探索量子现象及其应用的关键技术。例如，传统的 SPDC 将高能泵浦光子分裂成两个低能光子，是产生纠缠光子对的常用方法。自 SPDC 早期实现以来，研究人员一直想将其推广到更高阶，例如产生纠缠光子三重态。然而，通过单个 SPDC 过程直接生成光子三重态仍然难以实现。在这里，我们使用通量泵浦超导参量腔展示了直接三光子 SPDC，光子三重态在单腔模式下生成或在多个模式之间分裂。在强泵浦下，状态可以非常明亮，通量密度超过每秒每赫兹 60 个光子。观察到的状态是强非高斯的，这对潜在应用具有重要意义。在单模情况下，我们观察到正交电压的三角星形分布，这表明了长期预测的“星态”。观测到的状态表现出强的三阶关联，这与立方哈密顿量产生的状态预期一致。通过以多种模式的和频进行泵浦，我们观察到多种模式之间存在强的三体关联，令人惊讶的是，在没有二阶关联的情况下也是如此。我们进一步分析了辛对称群模式变换下的三阶关联，表明观察到的变换性质可以“指纹化”产生它们的特定立方哈密顿量。观测到的非高斯三阶关联代表了量子光学领域向前迈出的重要一步，可能对微波场的量子通信以及连续变量量子计算产生重大影响。
标题：约瑟夫森行波参量放大器... - EURAMET
量子传感器、量子信息电路、超导量子比特等领域的最新发展以及更广泛的天文探测和现代通信都依赖于微波光子的精确探测。然而，用于可靠和灵敏地表征固态量子电路（特别是超低功率和光子微波电路）的计量工具严重缺乏。不仅需要确定微波功率，还需要精确和准确地确定单光子特性（包括时间和相位）以及多光子特性（例如重合和纠缠）。目前最先进的低温放大器在高噪声温度方面不足，全球正在探索新型放大器以在灵敏度的量子极限下运行。参数放大器是目前已知的唯一一种实现微波信号量子极限灵敏度的方法。然而，实现足够大且足够平坦的带宽（例如从大约 1 GHz 到 10 GHz）仍然是一项具有挑战性的任务。在具有三波混频的行波放大器中，可以改善当前的情况，但三波混频仅在具有非中心对称非线性的介质中才有可能。设计具有大且可控的非中心对称非线性的非线性介质（量子超材料）的可能性是量子光学的一个重要目标，并且将
标题：约瑟夫森行波参量放大器及其在计量学中的应用
量子传感器、量子信息电路、超导量子比特等领域的最新发展以及更广泛的天文探测和现代通信都依赖于微波光子的精确探测。然而，用于可靠和灵敏地表征固态量子电路（特别是超低功率和光子微波电路）的计量工具严重缺乏。不仅需要确定微波功率，还需要精确和准确地确定单光子特性（包括时间和相位）以及多光子特性（例如重合和纠缠）。目前最先进的低温放大器在高噪声温度方面不足，全球正在探索新型放大器以在灵敏度的量子极限下运行。参数放大器是目前已知的唯一实现微波信号量子极限灵敏度的方法。然而，实现足够大且足够平坦的带宽（例如从约 1 GHz 到 10 GHz）仍然是一项具有挑战性的任务。在具有三波混频的行波放大器中，目前的情况是可以改善的，但三波混频只有在具有非中心对称非线性的介质中才有可能。设计具有大且可控的非中心对称非线性的非线性介质（量子超材料）的可能性是量子光学的一个重要目标，它将实现参数增益、压缩和纠缠光子对的产生，为它们在量子信息处理和通信（QIPC）中的应用铺平道路。这种量子超材料可以借助约瑟夫森技术进行设计，并且可以同时实现具有三波混频的 JTWPA 和微波领域量子光学电路的优异特性。