基于腔内控制的量子增强暗物质探测：抑制Rayleigh诅咒

暗物质的本质是现代物理学中的一个根本性难题。探测暗物质的主要方法依赖于检测微波腔中的微弱噪声。然而，诸如 squeeze 资源等常见量子资源的量子优势受限于Rayleigh诅咒——恒定损耗对这些量子资源施加灵敏度上限。本文提出了一种腔内协议来抑制此类Rayleigh限制。该协议包含三个步骤：腔内量子态准备、可调时长的暗物质积累以及测量。对于量子源，我们关注单模 squeeze 态 (SMSS)，并探讨使用信号-Ancilla 双模 squeeze 态 (TMSS) 的纠缠辅助情况，其中Ancilla不与暗物质相互作用。通过量子Fisher信息率评估，我们推导了腔质量因子、热噪声水平和 squeeze增益的要求。当squeeze增益变大时，最优暗物质积累时间会减小，以减少损耗并抑制Rayleigh诅咒——随着squeeze增益的增加，量子优势也随之增大。总体而言，我们发现TMSS在低温极限下更敏感。对于SMSS，由于需要较大的增益才能超过真空，单光子测量足以实现最优性。对于TMSS，必须采用反squeeze和光子计数才能实现最优。得益于近期在磁场抗扰性腔内 squeeze 和快速耦合出用于光子计数的进展，所提协议与暗物质探测场景相容。