論文の概要: Below-shot-noise capacity in phase estimation using nonlinear interferometers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04139v1
- Date: Wed, 07 Jan 2026 17:51:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-09 02:15:23.710238
- Title: Below-shot-noise capacity in phase estimation using nonlinear interferometers
- Title（参考訳）: 非線形干渉計を用いた位相推定におけるベローショットノイズ容量
- Authors: Cristofero Oglialoro, Gerard J. Machado, Felix Farsch, Daniel F. Urrego, Alejandra A. Padilla, Raj B. Patel, Ian A. Walmsley, Markus Gräfe, Juan P. Torres, Enno Giese,
- Abstract要約: 位相推定のための強度ベース計測による3つの量子イメージング構成を比較した。
マンデル干渉計における差分強度検出は、最も高い位相感度と最も堅牢な位相感度を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.5491665195957
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Over the past decade, several schemes for imaging and sensing based on nonlinear interferometers have been proposed and demonstrated experimentally. These interferometers exhibit two main advantages. First, they enable probing a sample at a chosen wavelength while detecting light at a different wavelength with high efficiency (bicolor quantum imaging and sensing with undetected light). Second, they can show quantum-enhanced sensitivities below the shot-noise limit, potentially reaching Heisenberg-limited precision in parameter estimation. Here, we compare three quantum-imaging configurations using only easily accessible intensity-based measurements for phase estimation: a Yurke-type SU(1,1) interferometer, a Mandel-type induced-coherence interferometer, and a hybrid scheme that continuously interpolates between them. While an ideal Yurke interferometer can exhibit Heisenberg scaling, this advantage is known to be fragile under realistic detection constraints and in the presence of loss. We demonstrate that differential intensity detection in the Mandel interferometer provides the highest and most robust phase sensitivity among the considered schemes, reaching but not surpassing the shot-noise limit, even in the presence of loss. Intensity measurements in a Yurke-type configuration can achieve genuine sub-shot-noise sensitivity under balanced losses and moderate gain; however, their performance degrades in realistic high-gain regimes. Consequently, in this regime, the Mandel configuration with differential detection outperforms the Yurke-type setup and constitutes the most robust approach for phase estimation.
- Abstract（参考訳）: 過去10年間で非線形干渉計に基づく画像とセンシングのいくつかの手法が提案され、実験的に実証されている。
これらの干渉計は2つの大きな利点を示す。
まず、選択した波長で試料を探査し、異なる波長の光を高い効率で検出する(双色量子イメージングと未検出光によるセンシング)。
第二に、彼らはショットノイズ限界以下の量子増強感度を示し、パラメータ推定においてハイゼンベルク限界の精度に達する可能性がある。
本稿では, 位相推定法として, ユルケ型SU(1,1)干渉計, マンデル型誘導コヒーレンス干渉計, それらの間を連続的に補間するハイブリッド方式の3つの量子画像構成を比較した。
理想的なYurke干渉計はハイゼンベルクのスケーリングを示すことができるが、この利点は現実的な検出制約と損失の存在下で脆弱であることが知られている。
マンデル干渉計における差分強度検出は, 損失の有無にかかわらず, ショットノイズ限界を超えることなく, 検討されたスキームの位相感度が最も高く, 最も頑健であることを示す。
ユルケ型構成の強度測定は、バランスの取れた損失と適度な利得の下で真のサブショットノイズ感度を達成することができるが、現実的な高利得政権ではその性能は低下する。
したがって、この状態において、差分検出を伴うマンデル構成は、ユルケ型設定よりも優れ、位相推定の最も堅牢なアプローチを構成する。
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