論文の概要: Optimal circular dichroism sensing with quantum light: Multi-parameter
estimation approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.03888v1
- Date: Mon, 10 Aug 2020 04:00:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-06 16:08:43.358466
- Title: Optimal circular dichroism sensing with quantum light: Multi-parameter
estimation approach
- Title（参考訳）: 量子光を用いた最適円二色性検出:マルチパラメータ推定手法
- Authors: Christina Ioannou and Ranjith Nair and Ivan Fernandez-Corbaton and
Mile Gu and Carsten Rockstuhl and Changhyoup Lee
- Abstract要約: 円二色性(CD)は、キラル構造の異なるエナンチオマーを区別するために用いられる。
信号レベルは非常に低く、信号対雑音比の増大が最重要となる。
ここでは、CDセンシングにおける光の量子状態を用いて、ショットノイズ限界以下のノイズを低減することを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The measurement of circular dichroism (CD) has widely been exploited to
distinguish the different enantiomers of chiral structures. It has been applied
to natural materials (e.g. molecules) as well as to artificial materials (e.g.
nanophotonic structures). However, especially for chiral molecules the signal
level is very low and increasing the signal-to-noise ratio is of paramount
importance to either shorten the necessary measurement time or to lower the
minimum detectable molecule concentration. As one solution to this problem, we
propose here to use quantum states of light in CD sensing to reduce the noise
below the shot noise limit that is encountered when using coherent states of
light. Through a multi-parameter estimation approach, we identify the ultimate
quantum limit to precision of CD sensing, allowing for general schemes
including additional ancillary modes. We show that the ultimate quantum limit
can be achieved by various optimal schemes. It includes not only Fock state
input in direct sensing configuration but also twin-beam input in
ancilla-assisted sensing configuration, for both of which photon number
resolving detection needs to be performed as the optimal measurement setting.
These optimal schemes offer a significant quantum enhancement even in the
presence of additional system loss. The optimality of a practical scheme using
a twin-beam state in direct sensing configuration is also investigated in
details as a nearly optimal scheme for CD sensing when the actual CD signal is
very small. Alternative schemes involving single-photon sources and detectors
are also proposed. This work paves the way for further investigations of
quantum metrological techniques in chirality sensing.
- Abstract（参考訳）: 円二色性(CD)の測定は、カイラル構造の異なるエナンチオマーを識別するために広く利用されている。
天然材料(例えば分子)や人工材料(例えばナノフォトニクス構造)にも応用されている。
しかし、特にキラル分子では、信号レベルは非常に低く、必要な測定時間を短縮するか、最小検出可能な分子濃度を下げるために、信号-雑音比が最重要となる。
そこで本研究では,cdセンシングにおける光量子状態を用いて,光コヒーレント状態を用いた場合のショットノイズ限界以下の雑音を低減する手法を提案する。
多パラメータ推定手法により、CDセンシングの精度に対する究極の量子限界を特定し、追加の補助モードを含む一般的なスキームを可能にする。
究極の量子極限は様々な最適スキームによって達成できることを示す。
直接センシング構成で入力されるフォック状態だけでなく、光子数分解検出を最適な測定設定として行う必要のあるアシラ支援センシング構成でのツインビーム入力も含む。
これらの最適スキームは、追加のシステム損失が存在する場合でも重要な量子拡張を提供する。
直接センシング設定におけるツインビーム状態を用いた実用的なスキームの最適性についても,実際のCD信号が非常に小さい場合,CDセンシングのほぼ最適なスキームとして詳細に検討した。
単一光子源と検出器を含む代替案も提案されている。
この研究は、キラリティーセンシングにおける量子計測技術のさらなる研究の道を開くものである。
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