Non-Hermitian Sensing in the Absence of Exceptional Points

厄米矩阵 理论物理学 物理 统计物理学 量子力学
作者
Lei Xiao,Yaoming Chu,Quan Lin,Hai-Qing Lin,Wei Yi,Jianming Cai,Peng Xue
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (18) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.180801
摘要

Open systems possess unique potentials in high-precision sensing, yet the majority of previous studies rely on the spectral singularities known as "exceptional points." Here, we theoretically propose and experimentally demonstrate universal non-Hermitian sensing in the absence of exceptional points. The scheme makes use of the intrinsic sensitivity of a non-Hermitian probe to weak external fields, which can be understood as the direct consequence of non-Hermiticity. We confirm the basic mechanism by simulating the sensor-field dynamics using photon interferometry, and, as a concrete example, demonstrate the enhanced sensing of signals encoded in the setting angle of a wave plate. While the sensitivity of the probe is ultimately limited by the measurement noise, we find the non-Hermitian sensor showing superior performance under background noises that cannot be suppressed through repetitive measurements. Our experiment opens the avenue of enhanced sensing without exceptional points, complementing existing efforts aimed at harnessing the unique features of open systems.

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