时域场关联测量可实现高度多模量子态的光学层析成像

超快光学的最新进展推动了对高度多模光量子态动力学的研究,这通过电磁场量子态的电光采样应用得到了验证。然而,对于统计特性与动力学特征均未知的光量子态,实现完整的层析重构仍面临挑战——因为现有最先进的层析方法需要测量大量正交可分辨模式。该研究团队提出一种基于时域正交关联测量的层析方案,并通过理论验证了其重构高度多模高斯态的能力。与传统(八端口)零差探测不同,本方案中两个本地振荡器脉冲时间更短,且(独立地)相对脉冲量子态存在时延。可分辨模式结构通过测量数据的正交化后处理获得。研究表明,可重构模式数量随使用时延数增加而提升,但会随本地振荡器时域展宽而减少。该工作进一步将相关测量优化拓展至电光采样领域,即在零差探测前加入非线性晶体,有望实现中红外至太赫兹频段的亚周期分辨率。通过分析测量数据中的(量子)关联特性,研究人员揭示了探测过程中量子态热化现象为何催生关联测量需求——该热化效应在强压缩极限下尤为显著,对此团队建立了非微扰理论。此外,团队从理论上确立完整测量统计量,并演示如何从联合统计中获取脉冲福克态的光谱信息,为将层析方案拓展至非高斯态开辟了新路径。

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