論文の概要: Enhancing quantum contrast by using an EMCCD as a photon number resolving device

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.04184v1
• Date: Thu, 7 Dec 2023 10:11:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-08 15:31:55.210137
• Title: Enhancing quantum contrast by using an EMCCD as a photon number resolving device
• Title（参考訳）: 光子数分解装置としてのEMCCDによる量子コントラストの強化
• Authors: Rounak Chatterjee, Vikas Bhat, Kiran Bajar, Sushil Mujumdar
• Abstract要約: 本研究では,特定の露光時間に対して,フレーム毎の光子の平均レートを推定する手法を提案する。 自然パラメトリックダウン変換法により生成した一対の空間的絡み合った光子による量子相関のコントラストの定量化を行う。
• 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 Electron Multiplying Charge Coupled Devices (EMCCD), owing to their high quantum efficiency and decent spatial resolution, are widely used to study typical quantum optical phenomena such as spatial entanglement and related applications. Researchers have already developed a procedure that enables us to statistically determine whether a pixel detects a single photon or not based on whether its output is higher or lower than the estimated noise level. However, these techniques are limited to extremely low photon numbers ( $\approx 0.15$ mean number of photons per pixel per exposure), allowing for at most one photon per pixel. This limitation hinders applications due to the large number of frames required for any study. In this work, we present a method to estimate the mean rate of photons per pixel per frame for a specific exposure time. Subsequently, we make a statistical estimate of the number of photons ($\geq 1$) incident on each pixel. This allows us to effectively utilize the EMCCD as a photon number resolving device, which significantly reduces the required experimentation time. As evidence of our approach, we quantify contrast in quantum correlation exhibited by a pair of spatially entangled photons generated by Spontaneous Parametric Down Conversion process. We employ the standard methods commonly used within the scientific community for comparison with our proposed method. We find an enhancement in the signal to noise ratio by about a factor of 3 for identical number of frames. This implies that this technique can achieve excellent results only within half the data collection time as compared to the conventional techniques.
• Abstract（参考訳）: Electron Multiplying Charge Coupled Devices (EMCCD) は、その高い量子効率と適切な空間分解能により、空間的絡み合いなどの典型的な量子光学現象の研究に広く利用されている。 研究者らは、推定ノイズレベルよりも出力が高いか低いかに基づいて、ピクセルが単一の光子を検出するかどうかを統計的に決定できる手順をすでに開発している。 しかし、これらの技術は極端に低い光子数(露光1ピクセルあたり平均光子数0.05ドル)に限定されており、少なくとも1ピクセルあたり1光子を許容している。 この制限は、あらゆる研究に必要な大量のフレームのために応用を妨げる。 本研究では,特定の露光時間に対して,フレーム毎の光子の平均レートを推定する手法を提案する。 その後、各画素の光子数(\geq 1$)を統計的に推定する。 これにより,EMCCDを光子数解決装置として有効利用することができ,必要な実験時間を著しく短縮することができる。 提案手法の実証として, 自発パラメトリックダウン変換法により生成した一対の空間的絡み合った光子による量子相関のコントラストの定量化を行う。 提案手法と比較するために,科学コミュニティで一般的に使用される標準手法を用いる。 同一フレーム数の信号対雑音比を約3倍向上させることができた。 これは従来の手法に比べてデータ収集時間の半分以内で、優れた結果が得られることを意味する。

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