非线性干涉仪相位估计中的亚散粒噪声容量

过去十年间,基于非线性干涉仪的多种成像与传感方案相继被提出并得到实验验证。这类干涉仪具有两大显著优势:其一,能够以选定波长探测样品的同时,高效检测另一波长的光信号(即基于未检测光的双色量子成像与传感);其二,可实现突破散粒噪声极限的量子增强灵敏度,在参数估计中甚至可能达到海森堡极限精度。本研究对比了三种仅需简易强度测量即可实现相位估计的量子成像构型:Yurke型SU(1,1)干涉仪、Mandel型诱导相干干涉仪,以及二者连续过渡的混合构型。尽管理想条件下的Yurke干涉仪可展现海森堡标度优势,但该优势在实际检测约束和存在损耗时具有脆弱性。该团队证明,在考量方案中,Mandel干涉仪的差分强度检测能提供最高且最稳健的相位灵敏度——即使存在损耗时仍可达到(但无法超越)散粒噪声极限。Yurke构型在平衡损耗与适中增益条件下可实现真正的亚散粒噪声灵敏度,但其性能在实际高增益场景中会显著下降。因此在高增益区,采用差分检测的Mandel构型优于Yurke型装置,成为相位估计最稳健的方案。
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提交arXiv: 2026-01-07 17:51

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