論文の概要: Quantum matched filtering: breaking time-energy separability by 12 orders of magnitude
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03583v3
- Date: Sun, 26 Oct 2025 03:58:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-28 17:41:21.42428
- Title: Quantum matched filtering: breaking time-energy separability by 12 orders of magnitude
- Title（参考訳）: 量子マッチングフィルタリング:12桁の時間エネルギー分離性
- Authors: Nir Nechushtan, Hanzhong Zhang, Yosef London, Mallachi Meller, Haia Amichai, Eliahu Cohen, Avi Pe'er,
- Abstract要約: 時間エネルギーの絡み合った光子は、最小限の時間差と周波数和で同時に相関することができる。
我々は、極端に時間エネルギーの絡み合った双光子を作成し、12等級の古典的分離性に反する時間差と周波数の相対的不確かさを測定する。
我々の実験と支持理論は、量子照明(レーダー)のような量子センシング応用の道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6156528407876973
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Detection of signals buried in noise is the major challenge for sensing. Classically, the optimal detector is a matched filter, whose sensitivity meets the classical limit of correlation between the filter target and the measured signal within the noise. For classical signals, the correlation is limited by the separability criterion in frequency-time. Quantum states, however are not necessarily separable, and the correlation between entangled particles can surpass the classical limits. Specifically, time-energy entangled photons can be simultaneously correlated in time difference and frequency sum with no minimum limit, potentially leading to a drastic enhancement of sensitivity for diversified sensing applications. Yet, to enjoy this quantum enhancement, a unique, global detector is needed that can recover the complete information of entanglement in a single shot, i.e. measure the combined correlated variables of time-difference and frequency-sum without measuring the individual frequencies or times. Such a global measurement could, in principle, be realized using the reverse disentangling interaction, such as sum-frequency generation (SFG), but nonlinear interactions at the single-photon level have long been prohibitively inefficient, significantly restricting practical implementations. Here we overcome this barrier: We measure simultaneously and efficiently both the frequency-sum (SFG spectrum) and the time-difference (relative group delay/dispersion) by stimulating the SFG recombination with a strong pump. We generate biphotons with extreme time-energy entanglement (octave-spanning spectrum of 113THz) and measure a relative uncertainty of time-difference and frequency-sum that violates the classical separability bound by >12 orders of magnitude. Our experiment and supporting theory pave the way for quantum sensing applications, such as quantum illumination (radar).
- Abstract（参考訳）: ノイズに埋もれた信号の検出は、センシングの大きな課題である。
古典的には、最適検出器は一致したフィルタであり、その感度は、ノイズ内のフィルタ目標と測定信号の間の古典的な相関の限界を満たす。
古典的な信号の場合、相関は周波数時間における分離性基準によって制限される。
しかし、量子状態は必ずしも分離可能ではなく、絡み合った粒子間の相関は古典的な限界を超える可能性がある。
具体的には、時間とエネルギーの絡み合った光子は、最小限の時間差と周波数の合計で同時に相関し、多彩なセンシングアプリケーションに対する感度の劇的な向上につながる可能性がある。
しかし、この量子エンハンスメントを享受するためには、単一のショットにおける絡み合いの完全な情報、すなわち個々の周波数や時間を測定することなく、時間差と周波数の相関変数を測定できるユニークなグローバル検出器が必要である。
このような大域的な測定は、原理的には、和周波数生成(SFG)のような逆の非絡み合い相互作用を用いて実現できるが、単一光子レベルの非線形相互作用は、長い間禁断的に非効率であり、実用的な実装を著しく制限してきた。
この障壁を克服し,強いポンプでSFG再結合を刺激することにより,周波数分布(SFGスペクトル)と時間差(相対群遅延/分散)の両方を同時に効率的に測定する。
我々は、極端に時間エネルギーの絡み合った双光子(オクターブ・スパンニングスペクトルは113THz)を生成し、時間差と周波数の相対的不確かさを測り、古典的な分離性に12等級のオーダーで縛られている。
我々の実験と支援理論は、量子照明(レーダー)のような量子センシング応用の道を開いた。
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