論文の概要: Cavity-assisted homodyne detection with a single photodiode

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.26938v1
• Date: Thu, 27 Aug 2026 10:39:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-28 16:30:58.357875
• Title: Cavity-assisted homodyne detection with a single photodiode
• Title（参考訳）: 単一フォトダイオードを用いたキャビティアシストホモダイン検出
• Abstract要約: 本稿では、インピーダンス整合した走行波空洞の別々のポートに量子場とLOが入射する共振器支援ホモダイン検出を提案する。 共振器内損失を含む量子入力-出力関係と線形化光電流を導出し、中程度の入射LOパワーで準ユニティ信号-転送効率が得られることを示す。
• 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: High-frequency squeezed states are important for quantum metrology and information processing, but quadrature measurements at gigahertz frequencies remain challenging. Balanced homodyne detection (BHD), the standard approach, requires closely matched complex transfer functions in both photodetection channels to suppress local-oscillator (LO) noise and maintain a well-defined readout quadrature. This matching becomes increasingly difficult at high bandwidths. Strongly asymmetric single-photodiode homodyne detection avoids this requirement, but achieving high signal efficiency and shot-noise clearance typically requires hundreds of milliwatts of LO power and does not suppress technical LO sidebands. I propose cavity-assisted homodyne detection, in which the quantum field and LO enter separate ports of an impedance-matched traveling-wave cavity. The resonant LO carrier is transmitted to the photodetector, where it beats with off-resonant signal sidebands reflected from the cavity. At the same time, technical LO sidebands outside the cavity linewidth are suppressed. I derive the quantum input-output relations and linearized photocurrent including intracavity loss, and show that near-unity signal-transfer efficiency can be achieved at moderate incident LO power. The cavity linewidth and free spectral range determine the usable detection band.
• Abstract（参考訳）: 高周波圧縮状態は量子力学や情報処理において重要であるが、ギガヘルツ周波数の二次的な測定は依然として困難である。 標準手法であるバランスドホモダイン検出(BHD)では、局所オシレータ(LO)ノイズを抑えるために、両方の光検出チャネルで密に整合した複雑な伝達関数を必要とする。 このマッチングは、高帯域幅ではますます困難になる。 強い非対称なシングルフォトダイオードホモダイン検出は、この要求を回避するが、高い信号効率とショットノイズクリアランスを達成するには、通常数百ミリワットのLO電力が必要であり、技術的LOサイドバンドを抑えることはできない。 本稿では, 共振器型ホモダイン検出法を提案し, 量子場とLOがインピーダンス整合した進行波キャビティの別々のポートに入る。 共振LOキャリアは光検出器に送信され、共振信号側バンドが共振器から反射してビートする。 同時に、空洞線幅外の技術的LO側バンドが抑制される。 共振器内損失を含む量子入力-出力関係と線形化光電流を導出し、中程度の入射LOパワーで準ユニティ信号-転送効率が得られることを示す。 空洞線幅と自由スペクトル範囲は、使用可能な検出帯域を決定する。

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