通过Kerr非线性和光子减除提升混合干涉仪中的相位估计

我们提出一种在混合干涉仪中实现高精度相位估计的方案，通过Kerr非线性相位调制器和多光子减除操作的协同集成。以准线态和真空态作为输入资源，系统评估了通过全息探测的相位灵敏度，并分析了在理想和损耗条件下的量子Fisher信息及量子克拉默-罗亚下界。我们的结果表明，Kerr非线性与多光子减除的联合集成相对于单一技术具有显著优势。该方案使相位灵敏度超过标准量子极限，超过常规Heisenberg标度（$1/N$），并接近超Heisenberg标度（$1/N^2$），这直接源于Kerr非线性效应。更确切地说，$k=2$ Kerr非线性所允许的超Heisenberg标度$\propto 1/N^2$是该体系的精度极限，且不违反线性相位累积的基本Heisenberg极限。即使在适度的内部光子损耗下，系统仍保持高精度，显示出对去相干的增强鲁棒性。Kerr非线性引入与光子数平方成正比的强度相关相位移，而多光子减除则塑造非高斯态，以加强相位信息的提取。与基于混合干涉仪或SU(1,1)干涉仪的现有方案相比，本文所提出的体系结构实现了卓越的精度和更强的损耗鲁棒性。所有组件均可通过当前量子光技术实现。这一工作为实际的高精度量子光学测量和量子传感提供了可行的途径。