单片微腔中光子数的量子非 demolition 测量

我们重新审视了利用共振增强 Kerr 非线性进行光量子数量子非 demolition（QND）测量的思想，考虑了量子反作用，并表明单片微腔能够使用空间重叠的经典探测场对弱信号场中的量子数进行 QND 测量。由于交叉相位调制效应，探测场的相位获取了关于信号量子数的信息而不改变它。我们找到了该系统海森堡运动方程的精确解，并计算了测量误差，其中计入了测量路径中的光学损耗。我们确定了一个现实近似，以获得信号场最终条件量子态的显式形式，计入了不期望的自相位调制效应，并设计了探测光束的最优零差测量以规避该效应。我们表明，最先进的单片微腔可使测量不精确度优于标准量子极限数倍。