論文の概要: Multiphoton Hong-Ou-Mandel Interference Enables Superresolution of Bright Thermal Sources
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.19772v1
- Date: Mon, 23 Feb 2026 12:24:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.80744
- Title: Multiphoton Hong-Ou-Mandel Interference Enables Superresolution of Bright Thermal Sources
- Title（参考訳）: ブライト熱源の超解像を可能にする多光子Hong-Ou-Mandel干渉
- Authors: Aiman Khan, Danilo Triggiani, Vincenzo Tamma,
- Abstract要約: Schemeはビームスプリッターにおける参照単光子フォック状態と多重光子干渉を用いる。
偶光子数の偶然の一致は、レイリー系において一定の精度を示す。
本手法は, ナノスコピック・ケミカル・バイオシステムにおいて, 非侵襲的な単一粒子追跡と明るい光源のイメージングに頑健な代替手段を提供する。
- 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: We present a quantum optical scheme for imaging transversely displaced thermal sources of arbitrary intensities by employing multiphoton interference with a reference single-photon Fock state at a beamsplitter. Obtaining an analytical form for transverse momenta-resolved $L$-photon probabilities in either output, we show via Fisher information analysis that separation estimators built using interference sampling of multiphoton events exhibit significantly enhanced precision vis-à-vis existing imaging schemes over a wide range of separations and brightness. Even-photon-number coincidences exhibit constant precision in the sub-Rayleigh regime, demonstrating quantum superresolution of our scheme beyond the diffraction limit. For sources emitting on average $N_s\sim1$ photon per frame (such as in IR emission of thermal sources), precision bounds for our scheme scale linearly in $N_s$, exemplifying an enhanced precision of estimators in relation to weak sources $N_s\ll1$, and matching the ultimate quantum scaling. Finally, transverse momenta resolution in the Fourier plane produces finite imaging precisions for intermediate and large source separations using coarse pixel sizes of order $δy\sim100\,μ\mathrm{m}$ for exemplary image spot sizes $σ_x \sim 0.1\, μ\mathrm{m}$, in contrast with existing schemes of diffraction-limited direct imaging and superresolved inversion interferometric imaging that are severely degraded by coarse pixel sizes and have limited use. Combining the relatively straightforward sensing operation of Hong-Ou-Mandel interferometers with multiphoton coincidence detection of arbitrarily bright thermal sources and inner variable resolution of transverse photonic momenta, our scheme offers a robust alternative to non-invasive single-particle tracking and imaging of bright sources in nanoscopic chemical and biological systems.
- Abstract（参考訳）: ビームスプリッタにおける参照単光子フォック状態と多重光子干渉を用いて、任意の強度の熱源を横方向に変位させる量子光学的手法を提案する。
多光子イベントの干渉サンプリングを用いて構築した分離推定器は、広範囲の分離と明るさで既存の撮像方式を精度良く向上させることをFisher情報解析により明らかにした。
偶光子数の偶然は、サブレイリー系において一定の精度を示し、回折限界を超えた我々のスキームの量子超解像を示す。
フレームあたりの平均$N_s\sim1$光子(熱源の赤外線放射など)を放射するソースに対して、我々のスキームの精度境界は$N_s$で線形にスケールし、弱いソースである$N_s\ll1$に対して推定子の精度が向上し、究極の量子スケーリングと一致することを実証する。
最後に、フーリエ平面における横モータ分解能は、粗いピクセルサイズが$δy\sim100\,μ\mathrm{m}$、模範的な画像スポットサイズが$σ_x \sim 0.1\,μ\mathrm{m}$、既存の回折制限直接イメージングや超解像インバージョン干渉画像とは対照的に、粗いピクセルサイズによって著しく劣化し、使用量に制限のある中間および大きなソース分離に対する有限画像精度を生成する。
香港・奥羽・マンデル干渉計の比較的簡単な検出操作と、任意に明るい熱源の多光子同時検出と横光子モーメントの内的変動分解とを組み合わせることで、我々は、ナノスコピック化学・生物学的システムにおける非侵襲的な単一粒子追跡と発光源のイメージングに、頑健な代替手段を提供する。
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