論文の概要: Quantifying classical and quantum bounds for resolving closely spaced, non-interacting, simultaneously emitting dipole sources in optical microscopy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.10889v1
• Date: Thu, 11 Dec 2025 18:20:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-12 16:15:42.515225
• Title: Quantifying classical and quantum bounds for resolving closely spaced, non-interacting, simultaneously emitting dipole sources in optical microscopy
• Title（参考訳）: 光学顕微鏡における密接な空間、非相互作用、同時に発生する双極子源の解法のための古典的および量子的境界の定量化
• Authors: Armine I. Dingilian, Aarnah Kurella, Cheyenne S. Mitchell, Dhananjay Dhruva, David J. Durden, Mikael P. Backlund,
• Abstract要約: 最近の研究は、2つの光点源の分離を推定する量子フィッシャー情報は、小さな分離で有限であることを示した。 単一分子光ビーコンの一般的なモデルである2つの密閉双極子エミッタの分離推定について検討する。 我々はフィッシャー情報とクラメル・ラオ境界の量子的および古典的変種を用いて精度限界を定量化する。
• 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: Recent theoretical and experimental work has shown that the quantum Fisher information associated with estimating the separation between two optical point sources remains finite at small separations, effectively opening new routes to super-resolution imaging of simultaneously emitting sources. Most studies to date, however, implicitly invoke the scalar approximation, which is not appropriate in the context of high-numerical-aperture microscopy. Utilizing parameter estimation theory, here we consider the estimation of separation between two closely spaced dipole emitters, a commonly employed model for single-molecule optical beacons. We consider two limiting cases: one in which the orientations of the emitters are fixed and equal, and another in which both dipoles freely sample all of orientation space over the course of the measurement. We quantify precision limits using quantum and classical variants of the Fisher information and Cramér-Rao bound. In all cases, the vectorial nature of the emission complicates the analyses, but with appropriate filtering of the collected light in the azimuthal-radial polarization basis, a previously proposed scheme to saturate the quantum Fisher information via image inversion interferometry can be salvaged.
• Abstract（参考訳）: 最近の理論的、実験的研究により、2つの光点源の分離を推定する量子フィッシャー情報は小さな分離で有限であり、同時に放出される光源の超高分解能イメージングへの新たな経路を効果的に開くことが示されている。 しかし、これまでのほとんどの研究はスカラー近似を暗黙的に呼び起こしている。 ここでは、パラメータ推定理論を用いて、単一分子光ビーコンの一般的なモデルである2つの近接した双極子エミッタの分離を推定する。 1つはエミッタの配向が固定され等しくなっており、もう1つは両双極子が測定の過程ですべての配向空間を自由にサンプリングするものである。 我々はフィッシャー情報とクラメル・ラオ境界の量子的および古典的変種を用いて精度限界を定量化する。 いずれの場合も、放射のベクトル的性質は解析を複雑にするが、アジムタール-放射偏光基底における収集された光の適切なフィルタリングにより、以前は画像反転干渉法によって量子フィッシャー情報を飽和させるスキームが提案されていた。

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