大幅值光场的高效无噪声线性放大

我们提出并研究了一种使用连续光子增加 $(\hat a^{\dagger})^2$（其中 $\hat a^\dagger$ 是光子产生算符）对相干态进行非确定性无噪声线性放大的方案。我们将其与先前提出的光子先加后减 $\hat a \hat a^\dagger$（其中 $\hat a$ 是光子湮灭算符）方案进行比较，后者仅对弱光场起适当放大作用。我们表明当相干态的振幅 $|\alpha| \gtrsim 0.91$ 时，就等效输入噪声而言，$(\hat a^{\dagger})^2$ 操作比 $\hat a \hat a^\dagger$ 操作作为更高效的放大器。使用 $\hat a \hat a^\dagger$ 和 $(\hat a^{\dagger})^2$ 作为基本构建块，我们比较了使用 $(\hat a \hat a^\dagger)^2$、$\hat a^{\dagger 4}$、$\hat a \hat a^\dagger\hat a^{\dagger 2}$ 和 $\hat a^{\dagger 2}\hat a \hat a^\dagger$ 的相干态组合放大，并表明 $(\hat a \hat a^\dagger)^2$、$\hat a^{\dagger 2}\hat a \hat a^\dagger$ 和 $\hat a^{\dagger 4}$ 分别在 $|\alpha| \lesssim 0.51$、$0.51 \lesssim |\alpha| \lesssim 1.05$ 和 $|\alpha|\gtrsim 1.05$ 时表现出最强的无噪声特性。我们进一步表明 $(\hat a^{\dagger})^2$ 操作可用于放大相干态的叠加。与先前研究相反，我们的工作为中等和大幅值光场实现无噪声放大器提供了高效方案。