論文の概要: Optimal single-mode squeezing for beam displacement sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11457v1
• Date: Sun, 14 Sep 2025 22:12:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:23.092715
• Title: Optimal single-mode squeezing for beam displacement sensing
• Title（参考訳）: ビーム変位検出のための最適単一モードスクイーズ法
• Authors: Wenhua He, Christos N. Gagatsos, Dalziel J. Wilson, Saikat Guha,
• Abstract要約: 光ビームの逆変位の推定は、多くの光学イメージングおよびセンシングタスクの基礎となる標準撮像問題である。 小さい変位限度では、難解な無限空間モード問題はコンパクトな3モード相互作用フレームワークに還元できることが示される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8283026597815734
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Estimation of an optical beam's transverse displacement is a canonical imaging problem fundamental to numerous optical imaging and sensing tasks. Quantum enhancements to the measurement precision in this problem have been studied extensively. However, previous studies have neither accounted for diffraction loss in full generality, nor have they addressed how to jointly optimize the spatial mode and the balance between squeezing and coherent amplitude. Here we show that, in the small-displacement limit, the seemingly intractable infinite-spatial-mode problem can be reduced to a compact three-mode interaction framework. We quantify the improvement afforded by an optimized single-spatial-mode Gaussian-state probe over the optimal classical laser probe, and show that a two-spatial-mode homodyne receiver is asymptotically optimal for the former in the limit of high probe energy. Our findings reveal a strategy for identifying quantum-optimal probes in the presence of generic multimode linear probe-target interaction and photon loss.
• Abstract（参考訳）: 光ビームの逆変位の推定は、多くの光学イメージングおよびセンシングタスクの基礎となる標準撮像問題である。 この問題における測定精度の量子的向上が広く研究されている。 しかし、従来の研究では、完全な一般性において回折損失を考慮せず、空間モードとスクイーズとコヒーレント振幅のバランスを協調的に最適化する方法にも言及していない。 ここでは、小変位限界において、難解な無限空間モード問題はコンパクトな3モード相互作用フレームワークに還元可能であることを示す。 我々は、最適化された単一空間モードガウス状態プローブが最適古典レーザープローブに対して得られる改善を定量化し、2空間モードホモダイン受信機が高プローブエネルギーの限界において前者に対して漸近的に最適であることを示す。 本研究は, 汎用多モード線形プローブ-ターゲット相互作用と光子損失の存在下で, 量子最適プローブを特定するための戦略を明らかにするものである。

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