噪声谱学的灵敏度、量子极限与量子增强

我们利用估计理论、原子自旋系统的法拉第旋转探测以及压缩光，研究噪声谱学的基本极限。我们找到了一个简单且普适的费希尔信息表达式，该表达式量化了对谱参数（如共振频率和线宽）的灵敏度。对于光学探测的自旋噪声谱学，我们发现散粒噪声对任意给定的探测功率和原子数施加了“局部”标准量子极限，而当探测功率和原子数作为自由参数时，也存在“全局”标准量子极限。我们通过对热铷蒸气的非破坏性法拉第旋转探测，证实了这些估计理论结果，观测到了预测的最优值，并发现与自旋噪声谱的第一性原理计算在定量上高度吻合。最后，我们展示了利用压缩光可超越原子数和光子数优化的全局标准量子极限的灵敏度。