論文の概要: The power of microscopic nonclassical states to amplify the precision of
macroscopic optical metrology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.17206v2
- Date: Fri, 3 Jun 2022 13:20:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 00:47:23.296836
- Title: The power of microscopic nonclassical states to amplify the precision of
macroscopic optical metrology
- Title（参考訳）: マクロ光学計測の精度を増幅する微視的非古典的状態の力
- Authors: Wenchao Ge, Kurt Jacobs, and M. Suhail Zubairy
- Abstract要約: 非古典的状態において、この方法で非古典的状態が精度を高めることができる量はその「メタロジカルパワー」と呼ばれる。
ここでは、すべての測定設定を最適化して、単一または複数モードの非古典状態によって達成できる最大拡張を得ることができます。
また、マッハ・ツェンダー干渉計は任意の単一モードの非古典的な入力状態に対する位相センシングのための最適ネットワークであることも明らかにした。
- 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: It is well-known that the precision of a phase measurement with a
Mach-Zehnder interferometer employing strong (macroscopic) classic light can be
greatly enhanced with the addition of a weak (microscopic) light field in a
non-classical state. The resulting precision is much greater than that possible
with either the macroscopic classical or microscopic quantum states alone. In
the context of quantifying non-classicality, the amount by which a
non-classical state can enhance precision in this way has been termed its
"metrological power". Given the technological difficulty of producing
high-amplitude non-classical states of light, this use of non-classical light
is likely to provide a technological advantage much sooner than the Heisenberg
scaling employing much stronger non-classical states. To date, the enhancement
provided by weak nonclassical states has been calculated only for specific
measurement configurations. Here we are able to optimize over all measurement
configurations to obtain the maximum enhancement that can be achieved by any
single or multi-mode nonclassical state together with strong classical states,
for local and distributed quantum metrology employing any linear or nonlinear
single-mode unitary transformation. Our analysis reveals that the quantum
Fisher information for \textit{quadrature displacement sensing} is the sole
property that determines the maximum achievable enhancement in all of these
different scenarios, providing a unified quantification of the metrological
power. It also reveals that the Mach-Zehnder interferometer is an optimal
network for phase sensing for an arbitrary single-mode nonclassical input
state, and how the Mach-Zehnder interferometer can be extended to make optimal
use of any multi-mode nonclassical state for metrology.
- Abstract（参考訳）: 強い(マクロ)古典光を用いたマッハツェンダー干渉計による位相測定の精度は、非古典状態で弱い(微視的な)光場を加えることで大幅に向上することが知られている。
結果として得られる精度は、マクロ古典的または顕微鏡的な量子状態だけで可能なものよりもはるかに大きい。
非古典性の定量化の文脈では、この方法で非古典状態が精度を高めることができる量はその「メタロジカルパワー」と呼ばれる。
高振幅の非古典的状態を生成する技術的困難さを考えると、この非古典的光の使用は、より強力な非古典的状態を用いるハイゼンベルクスケーリングよりもずっと早く技術的優位性をもたらす可能性が高い。
これまで、弱い非古典的状態による強化は、特定の測定構成でのみ計算されてきた。
ここでは、線形あるいは非線形の単一モードユニタリ変換を用いた局所的および分散量子メトロロジーにおいて、任意の単一または多モード非古典的状態と強い古典的状態とで達成可能な最大拡張を達成するために、すべての測定構成を最適化することができる。
解析の結果, 量子フィッシャー情報は, これらすべてのシナリオにおいて最大到達可能エンハンスメントを決定する唯一の特性であり, メトロロジカルパワーの統一的定量化を提供することが明らかとなった。
また、mach-zehnder干渉計は任意の単モード非古典的入力状態に対する位相センシングの最適なネットワークであり、mach-zehnder干渉計がどのように拡張され、任意の多モード非古典的状態をメトロロジーに最適な利用することができるかを明らかにする。
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