Квантовая оптическая метрология

Приведён обзор актуальных работ, выполненных в области оптической квантовой метрологии за последнее время. Основной акцент сделан на анализе современного уровня теоретических и экспериментальных исследований, посвящённых генерации, преобразованию и измерению неклассических состояний света, таких как N00N-, сжатых, а также гибридных состояний, одновременно сочетающих в себе методы преобразования и дискретных, и непрерывных переменных квантованного светового поля. Показано, каким образом они могут быть полезными для повышения точности измерения и оценки неизвестных фазовых параметров как в линейной, так и нелинейной метрологии. Важное место в настоящем обзоре занимает описание реальных схем квантовой метрологии, учитывающих потери частиц, неэффективности детекторов фотонов и пр. Выделены предельные (фундаментальные) ограничения, налагаемые квантово-механическими неопределённостями соответствующих величин при измерении, а также ограничения, обусловленные влиянием классических шумов на процесс распространения и измерения квантованного поля. Особое внимани уделено возможностям квантовой метрологии, основанной на спонтанном параметрическом рассеянии света, являющемся вот уже более 50 лет незаменимым инструментом достижения ключевых результатов в квантовой оптике и смежных направлениях, связанных с фотоникой, — квантовой криптографии, квантовых вычислениях и квантовой сенсорике. В связи с этим нами анализируется современное состояние дел по использованию широко известного эффекта антикорреляции фотонов Хонга–Оу–Манделя, по интерференции бифотонов в различных схемах квантовой метрологии, связанных с измерением температуры, длины, концентрации веществ, и т.д. Вместе с тем в обзоре обсуждается использование бифотонов в фотометрии, радиометрии и сенсорике для задач абсолютной калибровки современных детекторов счёта фотонов, а также измерений яркостной температуры для горячих источников излучения. Обсуждаемые в обзоре явления, методы и подходы квантовой метрологии в свете новейших достижений в области квантовых источников излучения, его детектирования послужат важным инструментом в разработке и практической реализации новых схем и алгоритмов по квантовой обработке и передаче информации.