論文の概要: Attaining quantum limited precision of localizing an object in passive imaging

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.02228v3
• Date: Wed, 21 Jul 2021 00:21:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-12 22:13:56.189897
• Title: Attaining quantum limited precision of localizing an object in passive imaging
• Title（参考訳）: 受動画像における物体の局在の量子制限精度の達成
• Authors: Aqil Sajjad, Michael R Grace, Quntao Zhuang, Saikat Guha
• Abstract要約: 光の等光非コヒーレント点源の線形配列の平均位置、すなわちセントロイドを決定する能力について検討する。 本稿では,画像平面にHermite-Gaussian(HG)空間モードデマルチプレックス(SPADE)を用いた画像平面の理想的直接検出撮像器と受信機の2つについて考察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8237412774861765
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We investigate our ability to determine the mean position, or centroid, of a linear array of equally-bright incoherent point sources of light, whose continuum limit is the problem of estimating the center of a uniformly-radiating object. We consider two receivers: an image-plane ideal direct-detection imager and a receiver that employs Hermite-Gaussian (HG) Spatial-mode Demultiplexing (SPADE) in the image plane, prior to shot-noise-limited photon detection. We compare the Fisher Information (FI) for estimating the centroid achieved by these two receivers, which quantifies the information-accrual rate per photon, and compare those with the Quantum Fisher Information (QFI): the maximum attainable FI by any choice of measurement on the collected light allowed by physics. We find that focal-plane direct imaging is strictly sub-optimal, although not by a large margin. We also find that the HG mode sorter, which is the optimal measurement for estimating the separation between point sources (or the length of a line object) is not only suboptimal, but it performs worse than direct imaging. We study the scaling behavior of the QFI and direct imaging's FI for a continuous, uniformly-bright object in terms of its length, and find that both are inversely proportional to the object's length when it is sufficiently larger than the Rayleigh length. Finally, we propose a two-stage adaptive modal receiver design that attains the QFI for centroid estimation.
• Abstract（参考訳）: 連続限界が一様放射対象の中心を推定する問題である光の等光非コヒーレント点源の線形配列の平均位置、すなわちセントロイドを決定する能力について検討する。 本稿では,画像面にHermite-Gaussian (HG) Space-mode Demultiplexing (SPADE) を用いた画像面の理想的直接検出撮像器と受信機の2つを検討する。 我々は,この2つの受信機が達成した遠心波を推定するためのFisher Information (FI) を比較し,物理で取得した光の任意の選択による最大到達可能なFIであるQuantum Fisher Information (QFI) と比較した。 焦点面の直接像は、大きなマージンを伴わないが、厳密には準最適である。 また,点源(あるいは線の長さ)間の分離を推定するための最適測定であるhgモードソータは,準最適であるだけでなく,直接撮像よりも性能が悪くなることがわかった。 連続的かつ一様ブライトな物体に対するqfiおよび直接イメージングのfiのスケーリング挙動について,その長さの観点から検討し,レイリー長より十分大きい場合,両者とも物体の長さに反比例することを発見した。 最後に,センタロイド推定のためのQFIを実現する2段階適応型モードレシーバの設計を提案する。

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