論文の概要: Optimal sensing on an asymmetric exceptional surface
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.09064v2
- Date: Fri, 11 Apr 2025 01:05:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-14 20:10:38.97376
- Title: Optimal sensing on an asymmetric exceptional surface
- Title（参考訳）: 非対称な例外曲面上の最適センシング
- Authors: Robert L. Cook, Liwen Ko, K. Birgitta Whaley,
- Abstract要約: 例外点(EP)と最適パラメータ推定の関連について検討する。
1つのモードの出力をもう1つのモードに部分的に反映すると、例外曲面(ES)を示す非エルミートハミルトニアンが生成される。
いずれの入力状態に対しても、QFIはEPの存在下で強化され、両方の状態がCram'er-Rao境界を飽和させることが分かる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1755623101161125
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the connection between exceptional points (EPs) and optimal parameter estimation, in a simple system consisting of two counter-propagating traveling wave modes in a microring resonator. The unknown parameter to be estimated is the strength of a perturbing cross-coupling between the two modes. Partially reflecting the output of one mode into the other creates a non-Hermitian Hamiltonian which exhibits a family of EPs, creating an exceptional surface (ES). We use a fully quantum treatment of field inputs and noise sources to obtain a quantitative bound on the estimation error by calculating the quantum Fisher information (QFI) in the output fields, whose inverse gives the Cram\'er-Rao lower bound on the mean-squared-error of any unbiased estimator. We determine the bounds for two input states, namely, a semiclassical coherent state and a highly nonclassical NOON state. We find that the QFI is enhanced in the presence of an EP for both of these input states and that both states can saturate the Cram\'er-Rao bound. We then identify idealized yet experimentally feasible measurements that achieve the minimum bound for these two input states. We also investigate how the QFI changes for parameter values that do not lie on the ES, finding that these can have a larger QFI, suggesting alternative routes to optimize the parameter estimation for this problem.
- Abstract（参考訳）: マイクロリング共振器における2つの逆伝搬波モードからなる単純なシステムにおいて、例外点(EP)と最適パラメータ推定の接続について検討する。
推定すべき未知のパラメータは、2つのモード間の摂動クロスカップリングの強さである。
1つのモードの出力をもう1つのモードに部分的に反映すると、非エルミートハミルトニアンがEPの族を示し、例外曲面(ES)を生成する。
我々は、フィールド入力とノイズ源の完全量子処理を用いて、出力フィールド内の量子フィッシャー情報(QFI)を計算して、推定誤差の定量的な境界を求める。
我々は、2つの入力状態、すなわち半古典的コヒーレント状態と非常に非古典的なNOON状態の境界を決定する。
いずれの入力状態に対しても、QFIはEPの存在下で強化され、両方の状態がCram\'er-Rao境界を飽和させることが分かる。
次に、これらの2つの入力状態の最小境界を達成する理想化されたが実験的に実現可能な測定値を特定する。
また、ES上にないパラメータ値に対してQFIがどう変化するかを調べ、これらがより大きいQFIを持つことができることを確認し、この問題に対するパラメータ推定を最適化するための代替ルートを提案する。
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