論文の概要: Joint estimation of noise and nonlinearity in Kerr systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.10226v2
• Date: Tue, 27 Aug 2024 13:32:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-28 19:09:27.358992
• Title: Joint estimation of noise and nonlinearity in Kerr systems
• Title（参考訳）: Kerr系におけるノイズと非線形性の合同推定
• Authors: Michele N. Notarnicola, Stefano Olivares, Matteo G. A. Paris,
• Abstract要約: 我々は、コヒーレントプローブを用いたセルフケラー相互作用の存在下での損失チャネルと劣化チャネルのキャラクタリゼーションに対処する。 損失Kerrチャネルについては, 損失特性がKerr非線形性の存在下で向上していることを示す。 カーチャネルを劣化させるためには、2つのパラメータのQFIは非線形性とは独立であり、拡張は観測されない。
• 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: We address characterization of lossy and dephasing channels in the presence of self-Kerr interaction using coherent probes. In particular, we investigate the ultimate bounds to precision in the joint estimation of loss and nonlinearity and of dephasing and nonlinearity. To this aim, we evaluate the quantum Fisher information matrix (QFIM), and compare the symmetric quantum Cram\'er-Rao bound (QCR) to the bound obtained with Fisher information matrix (FIM) of feasible quantum measurements, i.e., homodyne and double-homodyne detection. For lossy Kerr channels, our results show the loss characterization is enhanced in the presence of Kerr nonlinearity, especially in the relevant limit of small losses and low input energy, whereas the estimation of nonlinearity itself is unavoidably degraded by the presence of loss. In the low energy regime, homodyne detection of a suitably optimized quadrature represents a nearly optimal measurement. The Uhlmann curvature does not vanish, therefore loss and nonlinearity can be jointly estimated only with the addition of intrinsic quantum noise. For dephasing Kerr channels, the QFIs of the two parameters are independent of the nonlinearity, and therefore no enhancement is observed. Homodyne and double-homodyne detection are suboptimal for the estimation of dephasing and nearly optimal for nonlinearity. Also in this case, the Uhlmann curvature is nonzero, proving that the parameters cannot be jointly estimated with maximum precision.
• Abstract（参考訳）: 我々は、コヒーレントプローブを用いたセルフケラー相互作用の存在下での損失チャネルと劣化チャネルのキャラクタリゼーションに対処する。 特に,損失・非線形性の合同推定における精度の究極的限界と,劣化・非線形性について検討する。 この目的のために、量子フィッシャー情報行列(QFIM)を評価し、対称量子Cram\'er-Rao境界(QCR)と、実現可能な量子測定のフィッシャー情報行列(FIM)、すなわちホモダインおよびダブルホモジン検出のバウンドと比較する。 損失Kerrチャネルの場合, 損失特性はKerr非線形性の存在, 特に小さな損失と低い入力エネルギーの関連限界において向上する一方, 損失の有無によって非線形性自体が必然的に劣化することを示す。 低エネルギー状態において、適切に最適化された二次構造のホモダイン検出は、ほぼ最適な測定値である。 ウルマン曲率(英語版)は消滅しないので、損失と非線形性は内在的な量子ノイズを加えることで、共同で推定できる。 カーチャネルを劣化させるためには、2つのパラメータのQFIは非線形性とは独立であり、拡張は観測されない。 ホモダインおよびダブルホモダイン検出は、デファス化の推定に最適であり、非線形性にはほぼ最適である。 また、この場合、ウルマン曲率はゼロではないので、パラメータが最大精度で共同で推定できないことが証明される。

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