論文の概要: Quantum enhancement in time-delays estimation through spectrally
resolved two-photon interference
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.12102v1
- Date: Wed, 22 Dec 2021 18:04:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-03 20:04:59.918532
- Title: Quantum enhancement in time-delays estimation through spectrally
resolved two-photon interference
- Title（参考訳）: スペクトル分解2光子干渉による時間遅延推定の量子化
- Authors: Danilo Triggiani and Giorgos Psaroudis and Vincenzo Tamma
- Abstract要約: ビームスプリッターで干渉する2つの独立光子間の遅延を推定する際の精度を解析する。
ここでは, 一致した事象が記録されたとき, 出力ポートにおける光子のスペクトルの観測結果を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The quantum interference occurring between two indistinguishable photons
impinging on the two input faces of a beam-splitter can be exploited for a
range of applications, from quantum optical coherence tomography, to quantum
metrology including time intervals measurements. In the latter, recent advances
managed to reach a resolution in the estimation of the delay between the two
photons of the order of attoseconds, i.e. in the nanometer scale.
Unfortunately, these techniques are highly affected in the estimation precision
by any experimental distinguishability between the photons at the detectors.
Here, we perform an analysis of the precision achievable in the estimation of
the delay between two independent photons interfering at a beam-splitter when
frequency-resolved measurements are employed. Remarkably, we show that the
observation of the spectra of the photons at the output ports when coincidence
and bunching events are recorded, largely enhance the precision of the
estimation for any degree of distinguishability between the photons at the
detectors. In particular, we find that such scheme is effective also for
temporal delays much larger than the coherence time of each photons, a regime
in which standard two-photon interferometers or spectral analyses at the
single-photon level, do not provide any information. Furthermore, we show that
by increasing the bandwidth of the photons it is possible to further increase
quadratically the precision in the estimation, differently from non-resolved
two-photon interference where the precision degrades for large bandwidth
values. Therefore, such estimation scheme with frequency-resolving detectors
allows to substantially enhance the precision of measurements of time delays.
Relevant applications can range form the characterization of two-dimensional
nanomaterials to the analysis of biological samples, including DNA and cell
membranes.
- Abstract（参考訳）: ビームスプリッターの2つの入力面に衝突する2つの不明瞭な光子間の量子干渉は、量子光学コヒーレンストモグラフィーから時間間隔の測定を含む量子メロロジーまで幅広い用途に利用することができる。
後者では、アト秒オーダーの2つの光子、すなわちナノメートルスケールの間の遅延の推定において、近年の進歩は解決に至りました。
残念ながら、これらの技術は検出器の光子間の実験的な識別性によって、推定精度に大きな影響を与えている。
本研究では、周波数分解測定を行う際にビームスプリッタに干渉する2つの独立光子間の遅延を推定する精度の解析を行う。
また, 一致した事象が記録されたときの出力ポートにおける光子のスペクトルの観測は, 検出器における光子の識別可能性について, 推定精度を大幅に向上させることを示した。
特に、そのようなスキームは各光子のコヒーレンス時間よりもはるかに大きな時間的遅延にも有効であり、標準の2光子干渉計や1光子レベルでのスペクトル解析は情報を提供しない。
さらに,光子の帯域幅を増大させることで,大きな帯域幅に対して精度が劣化する非解決の2光子干渉と異なり,推定精度をさらに2倍に高めることができることを示した。
したがって、周波数分解検出器を用いた推定方式により、時間遅延の測定精度が大幅に向上する。
関連する応用は、二次元ナノマテリアルのキャラクタリゼーションから、DNAや細胞膜を含む生物学的サンプルの分析まで様々である。
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