論文の概要: Quantum limits of parameter estimation in long-baseline imaging
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.03848v1
- Date: Fri, 5 May 2023 21:05:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-09 19:15:34.338289
- Title: Quantum limits of parameter estimation in long-baseline imaging
- Title（参考訳）: ロングベースラインイメージングにおけるパラメータ推定の量子限界
- Authors: Aqil Sajjad, Michael R Grace, Saikat Guha
- Abstract要約: 本報告では, 分散イメージングシステムによって提供される1つのモノリシック望遠鏡の上下上における拡張の成因について述べる。
2つのクラスのビーム合成戦略を用いて量子最適測定を実現する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0828616610785522
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Distributed aperture telescopes are a well-established approach for boosting
resolution in astronomical imaging. However, theoretical limits on quantitative
imaging precision, and the fundamentally best possible beam-combining and
detection schemes to use with such arrays, remain largely unexplored. Using
mathematical tools of the quantum and classical Cramer-Rao bounds, we perform
analyses showing the fundamental origins of the enhancement provided by
distributed imaging systems, over and above a single monolithic telescope, and
consider the precision with which one can estimate any desired parameter
embedded in a scene's incoherent radiation with a multi-aperture imaging
system. We show how quantum-optimal measurements can be realized via
beam-combination strategies of two classes: (1) multi-axial: where light from
different apertures is directed to a common focal plane, e.g., of a
segmented-aperture telescope; and (2) co-axial: where light collected at each
aperture, e.g., telescope sites of a long-baseline array, is routed to an
optical interferometer. As an example, we show an explicit calculation of the
quantum Fisher information (QFI) for estimating the angular separation between
two-point emitters using two identical apertures separated by a baseline
distance. We show that this QFI splits instructively into additive
contributions from the single apertures and from the baseline. We quantify the
relative benefits of intra-telescope (e.g., spatial-mode) optical processing
and inter-telescope beam combination. We show how both receiver designs can
capture both sources of information and discuss how similar methods could be
extended to more general imaging tasks. We discuss translating QFI-attaining
measurements to explicit receiver designs, and the use of pre-shared
entanglement to achieve the QFI when it is impractical to co-locate and combine
light collected by the apertures.
- Abstract（参考訳）: 分散開口望遠鏡は、天文画像の解像度を高めるための確立されたアプローチである。
しかし、定量的イメージングの精度に関する理論的限界や、そのような配列で使用するビーム結合および検出方式は、概ね未検討のままである。
量子および古典的クレーマー・ラオ境界の数学的ツールを用いて、分散イメージングシステムによって提供される1つのモノリシック望遠鏡上の拡張の基本的な起源を解析し、シーンの非コヒーレントな放射に埋め込まれた任意のパラメータをマルチ開口イメージングシステムで推定できる精度について考察する。
1) 異なる開口部からの光が共通の焦点平面(例えば、セグメンテーション・アパーチャー望遠鏡)に向けられる多軸系と、(2)各開口部で収集される光(例えば、ロングベース・アレイの望遠鏡部位)を光学干渉計にルーティングする同軸系である。
一例として, 2点エミッタ間の角分離を, ベースライン距離で分離した2つの同一開口を用いて推定する量子フィッシャー情報(QFI)を明示的に計算する。
このqfiは単一の開口部とベースラインから指示的に付加的な寄与に分解する。
我々は、テレスコープ内(例えば空間モード)光学処理とテレスコープ間ビームの組み合わせの相対的な利点を定量化する。
両方の受信機の設計が両方の情報源を捉える方法を示し、より一般的な撮像タスクに類似の方法を拡張する方法について論じる。
本稿では,有意な受信機設計へのQFI含有測定の変換と,開口部が収集した光の共配置・結合が不可能な場合のQFIを実現するための事前共有絡み合わせの利用について議論する。
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