A.П. Алоджанца,б,
Д.В. Царёва,б,
Д.А. Куцб,
С.А. Подошведовб,
С.П. Куликб,в аНациональный исследовательский университет ИТМО, Кронверкский просп. 49, лит. А, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация бЮжно-Уральский государственный университет, проспект Ленина 76, Челябинск, 454080, Российская Федерация вЦентр квантовых технологий Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1, стр. 35, Москва, 119991, Российская Федерация
Работа посвящена обзору актуальных работ, выполненных в области оптической квантовой метрологии за последнее время. Основной акцент сделан на анализе современного уровня теоретических и экспериментальных исследований, посвященных генерации, преобразованию и измерению неклассических состояний света, таких как N00N-, сжатых, а также гибридных состояний, одновременно сочетающих в себе методы преобразования как дискретных, так 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. Особое внимание уделено описанию реальных схем квантовой метрологии, учитывающей потери частиц, неэффективности детекторов фотонов, и пр. В этой связи выделены как предельные (фундаментальные) ограничения, налагаемые квантовомеханическими неопределенностями соответствующих величин при измерении, так и ограничения, обусловленные влиянием классических шумов на процесс распространения и измерения квантованного поля. Особое место в работе занимают возможности квантовой метрологии, основанные на спонтанном параметрическом рассеянии света, являющимся вот уже более 50 лет незаменимым инструментом достижения ключевых результатов в квантовой оптике и смежных направлениях, связанных с фотоникой — квантовой криптографией, квантовыми вычислениями и квантовой сенсорикой. В этой связи 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 счета 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 передачи информации.
Ключевые слова: квантовые измерения, квантовая интерферометрия, спонтанное параметрическое рассеяние света, квантовая сенсорика, фотометрия, радиометрия, неклассические состояния света, бифотоны, квантовая информация и вычисления PACS:42.50.−p, 03.67.−a, 06.20.−f, 42.50.Dv (все) DOI:10.3367/UFNr.2024.01.039634 Цитата: Алоджанц A П, Царёв Д В, Куц Д А, Подошведов С А, Кулик С П "Квантовая оптическая метрология" УФН, принята к публикации
Поступила: 28 сентября 2023, доработана: 25 декабря 2023, одобрена в печать: 16 января 2024