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The phase sensitivity of a fully quantum three-mode nonlinear interferometer

Flórez, Jefferson ; Giese, Enno ; Curic, Davor ; Giner, Lambert ; Boyd, Robert W. ; Lundeen, Jeff S. (2024)
The phase sensitivity of a fully quantum three-mode nonlinear interferometer.
In: New Journal of Physics, 2018, 20 (12)
doi: 10.26083/tuprints-00027050
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

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Kurzbeschreibung (Abstract)

We study a nonlinear interferometer consisting of two consecutive parametric amplifiers, where all three optical fields (pump, signal and idler) are treated quantum mechanically, allowing for pump depletion and other quantum phenomena. The interaction of all three fields in the final amplifier leads to an interference pattern from which we extract the phase uncertainty. We find that the phase uncertainty oscillates around a saturation level that decreases as the mean number N of input pump photons increases. For optimal interaction strengths, we also find a phase uncertainty below the shot-noise level and obtain a Heisenberg scaling 1/N. This is in contrast to the conventional treatment within the parametric approximation, where the Heisenberg scaling is observed as a function of the number of down-converted photons inside the interferometer.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2024
Autor(en): Flórez, Jefferson ; Giese, Enno ; Curic, Davor ; Giner, Lambert ; Boyd, Robert W. ; Lundeen, Jeff S.
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: The phase sensitivity of a fully quantum three-mode nonlinear interferometer
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 5 August 2024
Ort: Darmstadt
Publikationsdatum der Erstveröffentlichung: 21 Dezember 2018
Ort der Erstveröffentlichung: [London]
Verlag: IOP Publishing
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: New Journal of Physics
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 20
(Heft-)Nummer: 12
Kollation: 11 Seiten
DOI: 10.26083/tuprints-00027050
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/27050
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Herkunft: Zweitveröffentlichungsservice
Kurzbeschreibung (Abstract):

We study a nonlinear interferometer consisting of two consecutive parametric amplifiers, where all three optical fields (pump, signal and idler) are treated quantum mechanically, allowing for pump depletion and other quantum phenomena. The interaction of all three fields in the final amplifier leads to an interference pattern from which we extract the phase uncertainty. We find that the phase uncertainty oscillates around a saturation level that decreases as the mean number N of input pump photons increases. For optimal interaction strengths, we also find a phase uncertainty below the shot-noise level and obtain a Heisenberg scaling 1/N. This is in contrast to the conventional treatment within the parametric approximation, where the Heisenberg scaling is observed as a function of the number of down-converted photons inside the interferometer.

Freie Schlagworte: quantum metrology, nonlinear interferometer, Heisenberg scaling
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-270500
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Hinterlegungsdatum: 05 Aug 2024 09:48
Letzte Änderung: 05 Sep 2024 08:52
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