論文の概要: Phase sensitivity of spatially broadband high-gain SU(1,1) interferometers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.01723v1
• Date: Tue, 4 Jul 2023 13:51:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-06 17:00:57.928379
• Title: Phase sensitivity of spatially broadband high-gain SU(1,1) interferometers
• Title（参考訳）: 空間広帯域高利得SU(1,1)干渉計の位相感度
• Authors: D. Scharwald, T. Meier, P. R. Sharapova
• Abstract要約: 空間多重モードSU(1,1)干渉計の低パラメトリック利得と高パラメトリック利得に関する理論的記述を示す。 本手法は各非線形相互作用領域に対する積分微分方程式系のステップバイステップ解に基づいている。 平面波とガウス波の励起について検討し、任意のパラメトリックゲインに対して、位相感度が標準ショットノイズスケーリングを超える位相領域が存在することを示す。
• 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: Nonlinear interferometers are promising tools for quantum metrology, as they are characterized by an improved phase sensitivity scaling compared to linear interferometers operating with classical light. However, the multimodeness of the light generated in these interferometers results in the destruction of their phase sensitivity, requiring advanced interferometric configurations for multimode light. Moreover, in contrast to the single-mode case, time-ordering effects play an important role for the high-gain regime in the multimode scenario and must be taken into account for a correct estimation of the phase sensitivity. In this work, we present a theoretical description of spatially multimode SU(1,1) interferometers operating at low and high parametric gains. Our approach is based on a step-by-step solution of a system of integro-differential equations for each nonlinear interaction region. We focus on interferometers with diffraction compensation, where focusing elements such as a parabolic mirror are used to compensate for the divergence of the light. We investigate plane-wave and Gaussian pumping and show that for any parametric gain, there exists a region of phases for which the phase sensitivity surpasses the standard shot-noise scaling and discuss the regimes where it approaches the Heisenberg scale. Finally, we arrive at insightful analytical expressions for the phase sensitivity that are valid for both low and high parametric gain and demonstrate how it depends on the number of spatial modes of the system.
• Abstract（参考訳）: 非線形干渉計は、古典光を用いた線形干渉計と比較して位相感度のスケーリングが向上していることが特徴である。 しかし、これらの干渉計で発生する光の多重度は位相感度の破壊を招き、マルチモード光に対して高度な干渉計構成を必要とする。 さらに、単一モードの場合とは対照的に、時間順序効果はマルチモードシナリオにおいて高利得状態において重要な役割を担い、位相感度の正確な推定を考慮に入れなければならない。 本研究では,低パラメトリックゲインおよび高パラメトリックゲインで動作する空間多重モードSU(1,1)干渉計の理論記述を示す。 本手法は,各非線形相互作用領域に対する積分微分方程式系の段階的解法に基づいている。 光の偏光を補うためにパラボラミラーなどの集光素子を用いる回折補償型干渉計に着目する。 平面波とガウスポンプについて検討し,任意のパラメトリックゲインに対して,位相感度が標準ショットノイズスケールを超える位相領域が存在することを示し,ハイゼンベルクスケールに接近する状態について考察する。 最後に、低パラメトリックゲインと高パラメトリックゲインの両方に有効な位相感度に関する洞察に富んだ解析式に到達し、それがシステムの空間モードの数に依存するかを実証する。

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