MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798288817021
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32205953
■035    ▼a(MiAaPQ)Caltech17328
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a520
■1001  ▼aTarafder,  Rajashik.▼0(orcid)0000-0002-5994-3105
■24510▼aQuantum  Metrology  for  Enhanced  Gravitational-Wave  Detection
■260    ▼a[Sl]▼bCalifornia  Institute  of  Technology▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a114  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Chen,  Yanbei.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--California  Institute  of  Technology,  2025.
■520    ▼aCurrent  ground-based  gravitational  wave  detectors  are  reaching  sensitivity  limits  imposed  by  quantum,  thermal,  seismic,  and  Newtonian  noise,  motivating  the  development  of  novel  techniques  to  surpass  these  fundamental  barriers.  This  thesis  investigates  two  complementary  approaches  to  enhance  interferometric  gravitational  wave  astronomy:  displacement-noise-free  interferometry  (DFI)  and  real-time  waveform  estimation  via  Kalman  filtering.First,  we  introduce  a  resonant  triangular-cavity  topology  that,  by  exploiting  redundant  readout  channels,  isolates  phase  shifts  induced  by  gravitational  waves  from  mirror  displacement  noise.  Within  an  input-output  formalism,  we  define  the  displacement-free  subspace  as  the  null  space  of  the  mirror-noise  transfer  matrix  and  demonstrate  that  this  configuration  retains  finite  quantum  Fisher  information  even  in  the  limit  of  arbitrarily  large  mirror  motion.  Incorporating  realistic  thermal  and  radiation-pressure  noise  models,  we  derive  optimal  homodyne  detection  angles,  characterize  pseudo-displacement-free  modes  over  finite  bandwidths,  and  quantify  the  effect  of  injected  squeezing.  Extensions  to  n-gon  cavity  networks  further  establish  the  versatility  and  practical  feasibility  of  the  DFI  paradigm.Second,  we  cast  the  readout  of  detuned  interferometers  as  a  multi-parameter  estimation  problem,  where  gravitational-wave  signals  couple  amplitude  and  phase  quadratures.  To  recover  the  quantum  Cramer-Rao  bound  for  a  chosen  quadrature,  we  design  Bayesian  filters  ---  specifically,  Extended  and  Unscented  Kalman  Filters  ---  that  treat  the  orthogonal  quadrature  as  an  effective  disturbance.  Numerical  simulations  under  realistic  signal-to-noise  conditions  reveal  that  these  filters  attain  the  optimal  bound  for  amplitude  estimation  while  providing  reliable  uncertainty  quantification,  matching  the  performance  of  particle-filter  approaches  at  a  fraction  of  the  computational  cost.By  combining  architectural  immunity  to  displacement  noise  with  algorithmic  optimality  in  waveform  extraction,  this  work  lays  a  foundation  for  quantum-enhanced,  broadband  gravitational  wave  observatories.  The  results  inform  near-term  upgrades  and  guide  the  conceptual  design  of  third-generation  detectors  (e.g.,  Einstein  Telescope,  Cosmic  Explorer),  where  mitigating  low-frequency  environmental  noise  and  delivering  real-time  signal  processing  are  critical.
■590    ▼aSchool  code:  0037.
■650  4▼aAstronomy
■650  4▼aInterferometry
■650  4▼aLasers
■650  4▼aBlack  holes
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■650  4▼aGravitational  waves
■650  4▼aKalman  filters
■650  4▼aOptics
■650  4▼aAstrophysics
■690    ▼a0752
■690    ▼a0606
■690    ▼a0596
■71020▼aCalifornia  Institute  of  Technology▼bPhysics,  Mathematics  and  Astronomy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0037
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359299▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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