通过克尔非线性和光子减法增强混合干涉仪中的相位估计

该团队提出一种混合干涉仪中的高精度相位估计方案,通过协同结合Kerr非线性移相器与多光子减法操作。以相干态和真空态作为输入资源,该团队通过零差探测系统评估相位灵敏度,并在理想和损耗条件下分析量子Fisher信息以及量子Cramér-Rao下界。结果表明,Kerr非线性与多光子减法的联合集成相比单独使用任一技术具有显著优势。所提方案使相位灵敏度能够超越标准量子极限,超过传统海森堡标度(\(1/N\)),并接近超海森堡标度(\(1/N^{2}\))——这是Kerr非线性的直接结果。更准确地说,超海森堡标度 \(\propto\) \(1/N^{2}\) 是 \(k=2\) Kerr非线性所允许的终极精度极限,并不违反线性相位积累的基本海森堡极限。即使在中等的内部光子损耗下,该系统仍能保持高精度,并表现出增强的抗退相干鲁棒性。Kerr非线性引入了与光子数平方成正比的强度相关相移,而多光子减法则调整非高斯态以加强相位信息提取。与现有基于混合干涉仪或SU(1,1)干涉仪的方案相比,该架构实现了更高的精度和更强的抗损耗能力。所有组件在当前量子光学技术下均可在实验中实现。该工作为实用高精度量子计量和量子传感提供了一条有前景的路径。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-20 08:32

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