論文の概要: Optimal gain sensing of quantum-limited phase-insensitive amplifiers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.04328v2
- Date: Sun, 10 Apr 2022 08:42:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-05 03:13:49.200549
- Title: Optimal gain sensing of quantum-limited phase-insensitive amplifiers
- Title（参考訳）: 量子制限位相非感応増幅器の最適ゲインセンシング
- Authors: Ranjith Nair, Guo Yao Tham, and Mile Gu
- Abstract要約: 我々は、マルチモードプローブを用いて、量子制限位相非感光増幅器の利得を推定する精度の量子極限を求める。
増幅器への入力モードが減少する全ての純状態プローブは、多重モード数基底において対角的であり、量子最適であることが証明されている。
- 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: Phase-insensitive optical amplifiers uniformly amplify each quadrature of an
input field and are of both fundamental and technological importance. We find
the quantum limit on the precision of estimating the gain of a quantum-limited
phase-insensitive optical amplifier using a multimode probe that may also be
entangled with an ancilla system. In stark contrast to the sensing of loss
parameters, the average photon number $N$ and number of input modes $M$ of the
probe are found to be equivalent and interchangeable resources for optimal gain
sensing. All pure-state probes whose reduced state on the input modes to the
amplifier is diagonal in the multimode number basis are proven to be
quantum-optimal under the same gain-independent measurement. We compare the
best precision achievable using classical probes to the performance of an
explicit photon-counting-based estimator on quantum probes and show that an
advantage exists even for single-photon probes and inefficient photodetection.
A closed-form expression for the energy-constrained Bures distance between two
product amplifier channels is also derived.
- Abstract（参考訳）: 位相非感光増幅器は入力フィールドの各二次を均一に増幅し、基本的かつ技術的に重要である。
マルチモードプローブを用いた量子制限位相非感受性光増幅器の利得推定精度の量子限界を求める。
損失パラメータのセンシングとは対照的に、平均光子数$n$とプローブの入力モード数$m$が等価で最適なゲインセンシングのための交換可能なリソースであることが判明した。
増幅器への入力モードが減少する全ての純状態プローブは、マルチモード数ベースでは対角的であり、同じゲイン独立測定の下で量子最適であることが証明されている。
古典的プローブを用いた最適精度と、量子プローブ上の明示的な光子計数に基づく推定器の性能を比較し、単一光子プローブや非効率な光検出においても利点が存在することを示した。
また、2つの積増幅器チャネル間のエネルギー制約されたビュール距離に対する閉形式式も導出する。
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