通过完全光子计数提高光子传感器量子优势的损耗阈值

对缺陷的容忍度是量子传感器的一个决定性性能标准。实现量子优势的阈值取决于输入态、传感器配置、探测方案，以及对于光学平台至关重要的光子损耗。我们考虑一个非线性干涉仪，其中两个增益优化的参量非线性光学过程将态耦合到内部传感器，并随后混合参考光束和传感器光束。我们证明，测量该设置的完整光子数输出统计量可以显著改善损耗阈值。使用基于跃迁边缘传感器（TESs）的光子数分辨探测（PNRD），我们实验性地重建了干涉仪输出的联合光子数统计量。在内部和外部损耗分别约为25%和45%的情况下——并且没有任何后选择或损耗校正——我们观察到对散粒噪声极限的无条件违反，为 $2.37 \pm 0.11$ dB。这转化为相对于传统点击探测策略44%的估计精度提升。我们通过将经典费雪信息与联合光子数分布的分析模型和原始测量统计量进行比较来验证这一性能。最终，我们的结果表明，将非线性干涉测量与PNRD相结合，解锁了点击探测器根本无法获取的计量学信息，为在现实损耗条件下实现实用的、量子增强的传感开辟了清晰的道路。