Численное моделирование оценки задержек Δt=4τ,9τ с помощью неразрешающей методики при η≃0,8 . В этом режиме граница Крамера-Рао резко возрастает по мере того, как информация Фишера в уравнении (13) экспоненциально убывает с ростом Δt. Более того, многие итерации не дают конечной оценки задержки из-за статистических флуктуаций в количестве наблюдаемых совпадений и группировок, как это видно из плотности зеленых точек, каждая из которых представляет неудачную оценку.
Предоставлено: Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.044068

Этот прорыв имеет важные последствия для целого ряда приложений, включая более осуществимую визуализацию наноструктур, включая биологические образцы и поверхности наноматериалов, а также расширенную квантовую оценку на основе выборки бозонов с частотным разрешением в оптических сетях.

Исследование было проведено группой ученых Портсмутского университета во главе с доктором Винченцо Таммой, директором Университетского центра квантовой науки и технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Applied.

Д-р Тамма сказал: «Наш метод использует квантовую интерференцию, возникающую, когда два одиночных фотона, падающие на две стороны светоделителя, неразличимы при измерении на выходных каналах светоделителя. Если перед попаданием на светоделитель один фотон задерживается во времени по отношению к другому, проходя через образец или отражаясь от него, можно в реальном времени восстановить значение такой задержки и, следовательно, структуру образца, исследуя квантовую интерференцию фотонов на выходе Разделитель луча.

«Мы показали, что наилучшая точность измерения временной задержки достигается при разрешении такой двухфотонной интерференции с дискретными измерениями двух фотонов по их частотам. Действительно, это гарантирует, что два фотона остаются совершенно неразличимыми на детекторах, независимо от их задержка при любом значении их дискретных частот, обнаруженных на выходе».

Команда предложила использовать двухфотонный интерферометр для измерения интерференции двух фотонов в светоделителе. Затем они представили метод, основанный на измерениях выборки с частотным разрешением, для оценки временной задержки между двумя фотонами с максимально возможной точностью, допускаемой природой, и с возрастающей чувствительностью при уменьшении временной полосы пропускания фотонов.

Доктор Тамма добавил: «Наш метод преодолевает ограничения предыдущих методов двухфотонной интерференции, не получая информацию о фотонных частотах в процессе измерения.

«Это позволяет нам использовать фотоны самой короткой экспериментально возможной длительности, не влияя на различимость задержанных во времени фотонов в детекторах, и, следовательно, максимизировать точность оценки задержки с заметным сокращением количества требуемых пар фотонов. Это позволяет относительно быстро и эффективно охарактеризовать данный образец, открывая путь к приложениям в биологии и наноинженерии».

Применение этого прорывного исследования имеет большое значение. Он может значительно улучшить визуализацию наноструктур, включая биологические образцы и поверхности наноматериалов. Кроме того, это может привести к квантово-усиленной оценке, основанной на выборке бозонов с частотным разрешением в оптических сетях.