用于距离与速度联合估计的海森堡极限量子激光雷达

我们提出一种量子激光雷达协议，通过以单束脉冲位移压缩光照射目标，来联合估计目标的距离与速度。在无损耗情形下，我们表明距离与速度估计的均方误差均反比于信号光子数的平方，同时达到海森堡极限。这是通过构造时间模式的多光子压缩态并采用标准零差探测实现的。为评估该量子协议的鲁棒性，我们纳入了光子损耗与零差接收机的失谐。我们的发现揭示了在广泛的往返透射率范围内相对于已知最优经典策略的量子优势。特别地，对于足够小的损耗，即便与最优的——可能不可达的——经典性能极限相比，量子优势也十分显著。该量子优势还延伸至在具有瓦级功率的强经典相干态之上进行量子构造的实际情形。这一点，连同对损耗的鲁棒性以及利用现有技术进行测量之可行性，使该协议极有希望用于近期实现。