論文の概要: Superresolution for two incoherent optical sources with arbitrary intensities in two dimensions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.08049v1
- Date: Mon, 11 Aug 2025 14:50:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-12 21:23:29.155633
- Title: Superresolution for two incoherent optical sources with arbitrary intensities in two dimensions
- Title（参考訳）: 2次元の任意の強度を持つ2つの非コヒーレント光源の超解像
- Authors: Junyan Li, Shengshi Pang,
- Abstract要約: レイリー基準は、長い間、古典的な光学画像の解像度の基本的な限界として機能してきた。
量子力学の進歩は、一対の不整点源と無矛盾な精度の分離を推定できる量子超解像法に繋がった。
2次元光学系では、全体の分離を推定する精度の限界は依然として不明である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.825651323214656
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Rayleigh criterion has long served as a fundamental limit for the resolution of classical optical imaging. However, recent advances in quantum metrology have led to the quantum superresolution technique that can break Rayleigh's curse and estimate the separation between a pair of incoherent point sources with nonvanishing precision. For two-dimensional optical systems, the precision limit of estimating the whole separation, i.e., the distance, between two point sources remains unknown so far. In this paper, we investigate the estimation precision of the distance between two incoherent point sources with arbitrary intensities in a two-dimensional imaging system. Through the multiparameter quantum estimation theory, we obtain the ultimate estimation precision of the distance and show that it remains nonzero when the distance approaches zero, which surpasses the Rayleigh criterion. We further show that the precision can be enhanced by aligning the two point sources along specific directions if the point-spread functions of the two sources are not circularly symmetric, and find the optimial relative azimuth between the two point sources and the highest estimation precision of the distance. In addition to the distance estimation, we also consider the quantum estimation of the relative azimuth between two incoherent point sources. A surprising result is that the precision limit of the azimuth decays quadratically with the distance, which suggests that the azimuth cannot be resolved when the two point sources get sufficiently close to each other and is therefore inaccessible by the quantum superresolution technique in this case. This reveals a new and fundamental limitation on the resolvability of two incoherent point sources in multi-dimensional quantum imaging which cannot be addressed by optimizing the quantum measurements.
- Abstract（参考訳）: レイリー基準は、長い間、古典的な光学画像の解像度の基本的な限界として機能してきた。
しかし、近年の量子力学の進歩により、レイリーの呪いを破り、一対の不整点源と無矛盾な精度の分離を推定できる量子超解像法が導かれた。
2次元光学系では、分離全体、すなわち2点間の距離を推定する精度の限界は今のところ不明である。
本稿では,2次元イメージングシステムにおける任意の強度を持つ2つの不整点源間の距離の推定精度について検討する。
多パラメータ量子推定理論により、距離の最終的な推定精度を求め、距離がレイリー基準を超えるゼロに近づくと、その距離はゼロのままであることを示す。
さらに、2つの音源の点分布関数が円形対称でない場合、その2つの音源を特定の方向に沿って整列させることにより精度を向上させることを示し、その2点音源と距離の最大推定精度との間の最適相対方位を求める。
距離推定に加えて、2つの不整点源間の相対方位の量子的推定も検討する。
驚くべき結果として、アジマスの精度限界は距離と2次的に崩壊し、2つの点光源が互いに十分に近接していればアジマスは解決できず、そのためこの場合の量子超解像法では到達できないことが示唆される。
このことは、量子計測を最適化することで対処できない多次元量子イメージングにおいて、2つの非コヒーレントな点源の解決可能性に関する新しい基本的制限を明らかにしている。
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