Quantum-enhanced phase estimation using optical spin squeezing

作者
Takafumi Ono,Javier Sabines Chesterking,Hugo Cable,Jeremy L. O’Brien,Jonathan C. F. Matthews
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:3
标识
DOI:10.48550/arxiv.1610.03790
摘要

Quantum metrology enables estimation of optical phase shifts with precision beyond the shot-noise limit. One way to exceed this limit is to use squeezed states, where the quantum noise of one observable is reduced at the expense of increased quantum noise for its complementary partner. Because shot-noise limits the phase sensitivity of all classical states, reduced noise in the average value for the observable being measured allows for improved phase sensitivity. However, additional phase sensitivity can be achieved using phase estimation strategies that account for the full distribution of measurement outcomes. Here we experimentally investigate the phase sensitivity of a five-particle optical spin-squeezed state generated by photon subtraction from a parametric downconversion photon source. The Fisher information for all photon-number outcomes shows it is possible to obtain a quantum advantage of 1.58 compared to the shot-noise limit, even though due to experimental imperfection, the average noise for the relevant spin-observable does not achieve sub-shot-noise precision. Our demonstration implies improved performance of spin squeezing for applications to quantum metrology.

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