論文の概要: Single-Photon Signal Sideband Detection for High-Power Michelson
Interferometers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.04016v1
- Date: Tue, 8 Nov 2022 05:27:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 23:23:37.210756
- Title: Single-Photon Signal Sideband Detection for High-Power Michelson
Interferometers
- Title（参考訳）: 高出力マイケルソン干渉計の単光信号サイドバンド検出
- Authors: Lee McCuller
- Abstract要約: ミッチェルソン干渉計(Michelson Interferometer)は、実験物理学の基礎である。
干渉計の精度は、物質とエネルギーの基本的な媒体のユニークなビューを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: The Michelson interferometer is a cornerstone of experimental physics. Its
applications range from providing first impressions of wave interference in
educational settings to probing spacetime at minuscule precision scales.
Interferometer precision provides a unique view of the fundamental medium of
matter and energy, enabling tests for new physics as well as searches for the
gravitational wave signatures of distant astrophysical events. Optical
interferometers are typically operated by continuously measuring the power at
their output port. Signal perturbations then create sideband fields, forming a
beat-note with the fringe light that modulates that power. When operated at a
nearly-dark destructive interference fringe, this readout is a form of homodyne
detection, with an imprecision set by a ``standard quantum limit'' attributed
to shot noise from quantum vacuum fluctuations. The sideband signal fields
carry energy which can, alternatively, be directly observed as photons distinct
from the source laser. Without signal energy, vacuum does not form sidebands
and cannot spuriously create photon counts or shot noise. Thus, counting can
offer improved statistics when searching for weak signals when classical
backgrounds are below the standard quantum limit. Here, photon counting
statistics are described for optical interferometry, relating the two forms of
measurement and showing cases where counting greatly outperforms homodyne
readout, even with squeezed state quantum enhancement. The most immediate
application for photon counting is improving searches of stochastic signals,
such as from quantum gravity or from new particle fields. The advantages of
counting may extend to wider applications, such as gravitational wave
detectors, and the concept of Fisher-information representative spectral
density is introduced to motivate further study.
- Abstract（参考訳）: ミッチェルソン干渉計は実験物理学の基礎となっている。
その応用範囲は、教育環境における波干渉の最初の印象の提供から、微小精度スケールでの時空探査まで多岐にわたる。
干渉計の精度は、物質とエネルギーの基本的な媒体のユニークな視点を提供し、新しい物理学のテストと、遠い天体事象の重力波のシグネチャの探索を可能にする。
光干渉計は通常、出力ポートの電力を連続的に測定することによって操作される。
信号の摂動はサイドバンドフィールドを生成し、そのパワーを変調するフリンジ光でビートノートを形成する。
ほぼダークの破壊的干渉縞で操作すると、この読み出しはホモダイン検出の一形態であり、量子真空ゆらぎによるショットノイズに起因する「標準量子限界」によって設定される。
サイドバンド信号場はエネルギーを持ち、ソースレーザーとは別の光子として直接観測することができる。
信号エネルギーがなければ、真空はサイドバンドを形成しず、光子数やショットノイズを発生させることができない。
これにより、古典的背景が標準量子限界以下である場合、弱い信号を探す際に統計が向上する。
ここでは、光干渉法について光子計数統計を記述し、2種類の測定と、圧縮状態の量子エンハンスメントにおいてもホモダインの読み出しを大きく上回る場合を示す。
光子計数の最も直接的な応用は、量子重力や新しい粒子場からの確率的信号の探索を改善することである。
カウントの利点は重力波検出器のようなより広い応用にまで拡張され、フィッシャー情報代表スペクトル密度の概念がさらなる研究の動機となる。
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