Experimental Quantum Target Detection Approaching the Fundamental Helstrom Limit

物理 量子极限 极限(数学) 量子成像 量子传感器 光子 量子纠缠 量子 量子计量学 量子力学 经典极限 量子光学 量子退相干 海森堡极限 量子不和谐 量子网络 数学 数学分析
作者
Fan Xu,Xiaoming Zhang,Liang Xu,Tao Jiang,Man‐Hong Yung,Lijian Zhang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:127 (4) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevlett.127.040504
摘要

Quantum target detection is an emerging application that utilizes entanglement to enhance the sensing of the presence of an object. Although several experimental demonstrations for certain situations have been reported recently, the single-shot detection limit imposed by the Helstrom limit has not been reached because of the unknown optimum measurements. Here we report an experimental demonstration of quantum target detection, also known as quantum illumination, in the single-photon limit. In our experiment, one photon of the maximally entangled photon pair is employed as the probe signal and the corresponding optimum measurement is implemented at the receiver. We explore the detection problem in different regions of the parameter space and verify that the quantum advantage exists even in a forbidden region of the conventional illumination, where all classical schemes become useless. Our results indicate that quantum illumination breaks the classical limit for up to 40%, while approaching the quantum limit imposed by the Helstrom limit. These results not only demonstrate the advantage of quantum illumination, but also manifest its valuable potential of target detection.

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