Protection of Noise Squeezing in a Quantum Interferometer with Optimal Resource Allocation

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作者
Wenfeng Huang,Xinyun Liang,Baiqiang Zhu,Yajing Yan,Chun-Hua Yuan,Weiping Zhang,L. Q. Chen
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:130 (7) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevlett.130.073601
摘要

Interferometers are crucial for precision measurements, including gravitational waves, laser ranging, radar, and imaging. The phase sensitivity, the core parameter, can be quantum-enhanced to break the standard quantum limit (SQL) using quantum states. However, quantum states are highly fragile and quickly degrade with losses. We design and demonstrate a quantum interferometer utilizing a beam splitter with a variable splitting ratio to protect the quantum resource against environmental impacts. The optimal phase sensitivity can reach the quantum Cram\'{e}r-Rao bound of the system. This quantum interferometer can greatly reduce the quantum source requirements in quantum measurements. In theory, with a 66.6% loss rate, the sensitivity can break the SQL using only a 6.0 dB squeezed quantum resource with the current interferometer rather than a 24 dB squeezed quantum resource with a conventional squeezing-vacuum-injected Mach-Zehnder interferometer. In experiments, when using a 2.0 dB squeezed vacuum state, the sensitivity enhancement remains at ~1.6 dB via optimizing the first splitting ratio when the loss rate changes from 0% to 90%, indicating that the quantum resource is excellently protected with the existence of losses in practical applications. This strategy could open a way to retain quantum advantages for quantum information processing and quantum precision measurement in lossy environments.
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