論文の概要: Quantum Double Lock-in Amplifier
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.07559v3
- Date: Fri, 8 Sep 2023 02:42:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-11 18:27:50.133741
- Title: Quantum Double Lock-in Amplifier
- Title（参考訳）: 量子ダブルロックイン増幅器
- Authors: Sijie Chen, Min Zhuang, Ruihuang Fang, Yun Chen, Chengyin Han, Bo Lu,
Jiahao Huang, and Chaohong Lee
- Abstract要約: 量子二重ロックイン増幅器を実現するための一般的なプロトコルを提供する。
古典的な二重ロックイン増幅器と類似して、我々のプロトコルは2つの量子ミキサーによって達成される。
数値計算により、量子二重ロックイン増幅器は実験的不完全性に対して頑健であることが示された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.741766179759569
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum lock-in amplifier aims to extract an alternating signal within strong
noise background by using quantum strategy. However, as the target signal
usually has an unknown initial phase, we can't obtain the complete information
of its amplitude, frequency and phase in a single lock-in measurement. Here, to
overcome this challenge, we give a general protocol for achieving a quantum
double lock-in amplifier and illustrate its realization. In analog to a
classical double lock-in amplifier, our protocol is accomplished via two
quantum mixers under orthogonal pulse sequences. The two orthogonal pulse
sequences act the roles of two orthogonal reference signals in a classical
double lock-in amplifier. Combining the output signals, the complete
characteristics of the target signal can be obtained. As an example, we
illustrate the realization of our quantum double lock-in amplifier via a
five-level double-$\Lambda$ coherent population trapping system with $^{87}$Rb
atoms, in which each $\Lambda$ structure acts as a quantum mixer and the two
applied dynamical decoupling sequences take the roles of two orthogonal
reference signals. Our numerical calculations show that the quantum double
lock-in amplifier is robust against experimental imperfections, such as finite
pulse length and stochastic noise. Our study opens an avenue for extracting
complete characteristics of an alternating signal within strong noise
background, which is beneficial for developing practical quantum sensing
technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子ロックイン増幅器は、量子戦略を用いて強いノイズ背景内の交互信号を抽出することを目的としている。
しかし、ターゲット信号が通常未知の初期位相を持つため、単一のロックイン測定でその振幅、周波数、位相の完全な情報を得ることはできない。
ここでは、この課題を克服するために、量子二重ロックイン増幅器を実現するための一般的なプロトコルを提供し、その実現例を示す。
古典的な二重ロックイン増幅器と同様に、このプロトコルは直交パルス列の下で2つの量子ミキサーによって実現される。
2つの直交パルスシーケンスは、古典的な二重ロックイン増幅器において2つの直交参照信号の役割を果たす。
出力信号を組み合わせることで、目標信号の完全な特性を得ることができる。
例えば、$^{87}$rb原子を持つ5レベルダブル-$\lambda$コヒーレント集団トラップシステムにより、量子二重ロックイン増幅器が実現され、各$\lambda$構造が量子ミキサーとして作用し、2つの適用される2つの動的デカップリングシーケンスが2つの直交参照信号の役割を担う。
数値計算により、量子二重ロックイン増幅器は有限パルス長や確率雑音などの実験的な欠陥に対して頑健であることが示された。
本研究は, 強い雑音背景下での交互信号の完全な特性を抽出するための道を開き, 実用的な量子センシング技術の開発に有用である。
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