基于时间反演辅助比特的吸收参数计量中的量子优势

对定义开放系统动力学的参数进行量子估计，可通过使用与探针纠缠但不经历该动力学的辅助比特（ancilla）来增强。此处我们考虑光经样品透射的估计这一重要问题，其损耗来自吸收与散射。我们通过确定量子 Fisher 信息表明，在单模估计中，辅助比特策略可达成最佳可能精度——即 Fock 态输入下通过探针与辅助比特（二者为光学参量放大器产生的双模压缩态的模式）联合光子计数所得到的精度。该方案克服了产生与探测高光子数 Fock 态的挑战，且对附加噪声相当鲁棒：我们表明其不受相位噪声影响，且若输入态失去纠缠，精度亦不变。此外，在输入光束存在适度光子损耗时，量子增益依然存在。我们还讨论了联合光子计数的一种替代方案，其可由现有技术直接实现，并在弱吸收下逼近量子 Fisher 信息结果，即便在样品被测前输入光束存在适度光子损耗时亦然：一种时间反演流程，将样品置于两个光学参量放大器之间，第二个抵消第一个产生的压缩。损耗参数的估计精度由出射总平均光子数及其方差获得。在两种流程中，探针态与探测流程均独立于参数取值。