論文の概要: Image-Plane Detection of Spatially Entangled Photon Pairs with a CMOS Camera

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24878v1
• Date: Wed, 31 Dec 2025 14:15:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.672736
• Title: Image-Plane Detection of Spatially Entangled Photon Pairs with a CMOS Camera
• Title（参考訳）: CMOSカメラによる光子対の空間的絡み合いの検出
• Authors: David McFadden, Rainer Heintzmann,
• Abstract要約: 自発的なパラメトリックダウンコンバージョンによって生成される空間的に絡み合った光子対(双光子)は、量子イメージングにユニークな機会を与える。 これまでのカメラベースのバイフォトンイメージング実験は、光子計数検出に頼っていた。 画像面と瞳面の両方における空間的双光子結合確率分布の検出を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spatially entangled photon pairs (biphotons) generated by spontaneous parametric down-conversion offer unique opportunities for quantum imaging, but image-plane biphoton correlations are difficult to observe with camera-based detectors. Previous camera-based biphoton imaging experiments have relied on photon-counting detection, which necessitates operation deep in the photon-sparse regime and requires extremely low dark rates. Here, we demonstrate the detection of spatial biphoton joint probability distributions in both the image plane and the pupil plane (also termed "near-field plane" and "far-field plane" respectively) using a conventional scientific CMOS camera operated in linear mode. We work at mesoscopic intensity levels, corresponding to a photon flux approximately four orders of magnitude higher than typical photon-counting approaches. From the measured image- and pupil plane correlations, we observe position and momentum correlations consistent with an EPR-type entanglement witness. A tailored correlation analysis suited for image plane imaging suppresses detector artifacts and intensity fluctuations, enabling acquisition with significantly fewer frames. Our results demonstrate that spatially entangled-light imaging can be performed efficiently with standard imaging hardware, extending quantum imaging techniques beyond the photon-counting regime.
• Abstract（参考訳）: 自発的なパラメトリックダウンコンバージョンによって生じる空間的に絡み合った光子対(双光子)は、量子イメージングにユニークな機会を与えるが、画像平面の双光子相関はカメラベースの検出器で観測することは困難である。 これまでのカメラベースのバイフォトンイメージング実験では、光子計数検出に頼っていた。 本稿では,従来のCMOSカメラを用いた画像面と瞳孔面の空間的二光子結合確率分布(それぞれ「近接場面」あるいは「遠方界面」)の検出について述べる。 我々は、通常の光子計数法よりも約4桁高い光子フラックスに対応するメソスコピック強度レベルで研究する。 実測画像と瞳孔面の相関から,EPR型の絡み目と位置と運動量の関係を観察する。 画像平面イメージングに適した調整された相関解析は、検出器のアーティファクトと強度変動を抑制し、フレームが著しく少ない取得を可能にする。 本研究は,光子計数系を超えて量子イメージング技術を拡張することで,空間的絡み合いの撮像を,標準的な撮像ハードウェアで効率的に行うことができることを示す。

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