量子匹配滤波：打破时间能量可分离性，提升 12 个数量级灵敏度

信号 buried in noise 中的探测是感知的主要挑战。经典情况下，最优探测器是匹配滤波器，其灵敏度满足信号在噪声中与滤波器目标之间的相关性的经典极限。对于经典信号，相关性受限于频率-时间中的可分离性准则。然而，量子态未必是可分离的，纠缠粒子之间的相关性可以超越经典极限。具体而言，时间能量纠缠光子可以在时间差和频率和之间同时相关，没有最小限制， potentially 导致对多样化感知应用的灵敏度大幅提升。然而，为享受这种量子增强，需要一个独特的全局探测器，能够在单次实验中恢复纠缠的完整信息，即测量时间差和频率和的组合变量，而不测量单个频率或时间。这种全局测量原则上可以使用逆向解缠互动实现，例如 sum-frequency generation（SFG），但单光子水平的非线性相互作用长期以来都严重低效，显著限制了实际实现。本文克服了这一障碍：我们通过激发 SFG 重组以强泵光，同时且有效地测量频率和（SFG 光谱）和时间差（相对群时延/色散）。我们生成极端时间能量纠缠的双光子（113 THz 跨越光谱的八倍谱）并测量时间差和频率和的相对不确定性，超过经典可分离界限的 >12 个数量级。我们的实验和支持理论为量子感知应用，如量子照明（雷达）铺路。