論文の概要: Relative phase and dynamical phase sensing in a Hamiltonian model of the optical SU(1,1) interferometer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.15635v1
• Date: Wed, 21 May 2025 15:18:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-22 15:42:59.732293
• Title: Relative phase and dynamical phase sensing in a Hamiltonian model of the optical SU(1,1) interferometer
• Title（参考訳）: 光学SU(1,1)干渉計のハミルトンモデルにおける相対位相と動的位相検出
• Authors: T. J. Volkoff,
• Abstract要約: 相対位相を感知する最適演算点が$phi = pi$であることが示される。 結果は、複数の光ダウンコンバージョンプロセスを含む一般的な光量子センサを記述するための第一原理のアプローチを示している。
• 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: The SU(1,1) interferometer introduced by Yurke, McCall, Klauder is reformulated starting from the Hamiltonian of two identical optical downconversion processes with opposite pump phases. From the four optical modes, two are singled out up to a relative phase by the assumption of exact alignment of the interferometer (i.e., mode indistinguishability). The state of the two resulting modes is parametrized by the nonlinearity $g$, the relative phase $\phi$, and a dynamical phase $\theta$ resulting from the interaction time. The optimal operating point for sensing the relative phase (dynamical phase) is found to be $\phi = \pi$ ($\theta=0$) with quantum Fisher information exhibiting Heisenberg scaling $E^{2}$ (logarithmically modified Heisenberg scaling $\left({E\over \ln E}\right)^{2}$). Compared to the predictions of the circuit-based model, we find in that in the Hamiltonian model: 1. the optimal operating points occur for a non-vacuum state inside the interferometer, and 2. measurement of the total photon number operator does not provide an estimate of the relative or dynamical phase with precision that saturates the quantum Cramer-Rao bound, whereas an observable based on weighted shift operators becomes optimal as $g$ increases. The results indicate a first-principles approach for describing general optical quantum sensors containing multiple optical downconversion processes.
• Abstract（参考訳）: SU(1,1)干渉計は、Jurke, McCall, Klauderによって導入された。 4つの光学モードから、インターフェロメータの正確なアライメント(つまりモードの不明瞭さ)を仮定して、相対位相まで2つを選別する。 結果として生じる2つのモードの状態は、非線形性$g$、相対位相$\phi$、相互作用時間から生じる動的位相$\theta$によってパラメータ化される。 相対位相(力学相)を感知する最適の演算点は、ハイゼンベルクスケーリングの量子フィッシャー情報を示す$\phi = \pi$$$\theta=0$(英語版))であることが分かる(論理的に修正されたハイゼンベルクスケーリングの$\left({E\over \ln E}\right)^{2}$)。 回路ベースモデルの予測と比較すると、ハミルトニアンモデルでそのことが分かる。 1. 干渉計内の非真空状態に対して最適動作点が発生し、 2) 総光子数演算子の測定は、量子クレーマー・ラオ境界を飽和させる精度の相対位相や動的位相を推定しないが、重み付きシフト演算子に基づく可観測物は、g$が増加するにつれて最適になる。 この結果は、複数の光ダウンコンバージョンプロセスを含む一般的な光量子センサを記述するための第一原理のアプローチを示している。

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