基于透射与相位估计的量子增强光学谐振传感器的基本灵敏度界限
量子物理
2022-07-21 v1 光学
摘要
光的量子态能够实现超越散粒噪声极限（SNL）的传感配置灵敏度。为了更好地利用可用的量子资源并获得最大可能的灵敏度，有必要针对给定传感系统的不同可能配置确定基本灵敏度极限。在此，由于其广泛适用性，我们关注光学谐振传感器，其通过谐振偏移来检测感兴趣参数的变化。我们比较了基于探测明亮双模压缩态（bTMSS）光的透射或相位变化估计、由量子 Cramér-Rao 界（QCRB）所设定的基本灵敏度极限。我们表明，基本灵敏度源于 QCRB 与系统传递函数之间的相互作用。结果，对于具有洛伦兹线形的谐振传感器，基于相位的方案在大部分参数空间中优于基于透射的方案；然而，对于具有更陡斜率的线形（如高阶巴特沃斯线形）则并非如此。此外，这种相互作用导致了某些条件，在这些条件下基于相位的方案比基于透射的方案提供更高灵敏度，但量子增强程度更小。我们还研究了传感器外部损耗对量子增强程度的影响，并表明在某些条件下使用经典态探测可比使用 bTMSS 探测提供更高灵敏度。最后，我们讨论了检测方案，即优化强度差检测和优化零差检测，其即使存在外部损耗也能达到基本灵敏度极限。
引用
@article{arxiv.2106.07741,
title = {Fundamental Sensitivity Bounds for Quantum Enhanced Optical Resonance Sensors Based on Transmission and Phase Estimation},
author = {Mohammadjavad Dowran and Timothy S. Woodworth and Ashok Kumar and Alberto M. Marino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.07741},
year = {2022}
}