压缩作为非线性介质表征中非高斯优势的催化剂

我们利用相干态和压缩真空态作为高斯探针，以及它们的光子增加和光子扣除对应物作为非高斯探针，来解决连续变量(CV)量子系统中非线性介质耦合强度的精确表征问题。我们考虑了三大类非线性哈密顿量，即正交非线性、广义压缩和Kerr型相互作用。通过解析评估量子Fisher信息(QFI)，我们比较了高斯和非高斯探针的性能，并根据探针参数、能量资源和非高斯性评估了最优探针。我们的结果有两方面：首先，对于相干态族，在固定相干振幅下光子增加提供的改进主要源于探针携带的额外能量，并不提供真正的计量学资源，因为相同精度可以通过更大能量的高斯相干态信号实现，而后者更容易产生。其次，相比之下，当光子增加和扣除应用于已经非经典的态（如压缩真空态）时，它们成为有效资源。在这种情况下，它们导致QFI的显著增强，特别是对于高阶相互作用。尽管在等能量约束下高斯压缩态仍然是最优的，但光子增加和光子扣除的压缩态以显著更低的压缩要求实现了相当的灵敏度。由于大压缩水平在实验上仍然具有挑战性，这些非高斯探针为在当前可达到的压缩范围内增强非线性耦合强度的估计提供了一条实用途径。