論文の概要: Optomechanical Systems with Linear and Quadratic Position Couplings: Dynamics and Optimal Estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00187v1
- Date: Mon, 30 Jun 2025 18:53:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:58.634529
- Title: Optomechanical Systems with Linear and Quadratic Position Couplings: Dynamics and Optimal Estimation
- Title（参考訳）: 線形および二次的な位置結合を持つ光学系:ダイナミクスと最適推定
- Authors: Yaqing Xy Wang, Claudio Sanavio, József Zsolt Bernád,
- Abstract要約: 機械振動子に結合した単一モード光場からなる光学系の力学について検討する。
2フォノンコヒーレント状態の定式化を利用して、この量子力学的ハミルトン問題に対する完全な解析解を提案する。
バランスの取れたホモダイン検出は、量子フィッシャー情報を飽和させ、2次結合を推定するための最終的な精度限界に達することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We study the dynamics of an optomechanical system consisting of a single-mode optical field coupled to a mechanical oscillator, where the nonlinear interaction includes both linear and quadratic terms in the oscillator's position. We present a full analytical solution to this quantum mechanical Hamiltonian problem by employing the formalism of two-phonon coherent states. Quantum estimation theory is applied to the resulting state of the optical field, with a focus on evaluating the classical and quantum Fisher information for estimating the strength of the quadratic coupling. Our estimation scheme considers both standard and balanced homodyne photodetection, assuming an initial optical state prepared as a superposition of vacuum and single-photon states. We show that balanced homodyne detection can saturate the quantum Fisher information, thus reaching the ultimate precision bound for estimating the quadratic coupling. Additionally, we investigate the effect of thermal noise on the quantum Fisher information in a realistic experimental context.
- Abstract（参考訳）: 機械振動子に結合した単一モードの光学場からなる光学系の力学について検討し、非線形相互作用は振動子位置における線形項と二次項の両方を含む。
2フォノンコヒーレント状態の定式化を利用して、この量子力学的ハミルトン問題に対する完全な解析解を提案する。
量子推定理論は、二次結合の強度を推定するための古典的および量子的フィッシャー情報の評価に焦点をあてて、光学場の結果の状態に適用する。
提案手法は,真空状態と単光子状態の重畳として準備された初期光学状態と仮定して,標準および平衡ホモダイン光検出の両方を考慮する。
バランスの取れたホモダイン検出は、量子フィッシャー情報を飽和させ、2次結合を推定するための最終的な精度限界に達することを示す。
さらに,現実的な実験環境下での熱雑音が量子フィッシャー情報に与える影響について検討する。
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