Un estado NOON es un estado entrelazado de muchos cuerpos de la mecánica cuántica :
que representa una superposición de N partículas en el modo a con cero partículas en el modo b , y viceversa. Por lo general, las partículas son fotones , pero en principio cualquier campo bosónico puede soportar estados NOON.
Aplicaciones
Los estados NOON son un concepto importante en metrología cuántica y detección cuántica por su capacidad para realizar mediciones de fase de precisión cuando se utilizan en un interferómetro óptico . Por ejemplo, considere lo observable
El valor esperado de para un sistema en un estado NOON cambia entre +1 y -1 cuando cambia de 0 a . Además, el error en la medición de fase se vuelve
Este es el llamado límite de Heisenberg y proporciona una mejora cuadrática sobre el límite cuántico estándar . Los estados NOON están estrechamente relacionados con los estados felinos de Schrödinger y los estados GHZ , y son extremadamente frágiles.
Hacia la realización experimental
Ha habido varias propuestas teóricas para crear estados NOON fotónicos. Kok , Lee y Dowling propusieron el primer método general basado en la post-selección mediante fotodetección. [1] La desventaja de este método fue su escala exponencial de la probabilidad de éxito del protocolo. Pryde y White [2] introdujeron posteriormente un método simplificado que utiliza divisores de haz multipuerto de intensidad simétrica, entradas de fotón único y medición anunciada o condicional. Su método, por ejemplo, permite la producción anunciada del estado N = 4 NOON sin la necesidad de una selección posterior o detecciones de fotones cero, y tiene la misma probabilidad de éxito de 3/64 que el circuito más complicado de Kok et al. Cable y Dowling propusieron un método que tiene escala polinomial en la probabilidad de éxito, que por lo tanto se puede llamar eficiente. [3]
Los estados NOON de dos fotones, donde N = 2, se pueden crear de forma determinista a partir de dos fotones idénticos y un divisor de haz 50:50. Esto se llama efecto Hong-Ou-Mandel en óptica cuántica . Los estados NOON de tres y cuatro fotones no se pueden crear de forma determinista a partir de estados de un solo fotón, pero se han creado probabilísticamente a través de la post-selección utilizando una conversión descendente paramétrica espontánea . [4] [5] Un enfoque diferente, que involucra la interferencia de luz no clásica creada por conversión descendente paramétrica espontánea y un rayo láser clásico en un divisor de haz 50:50, fue utilizado por I. Afek, O. Ambar, y Y. Silberberg para demostrar experimentalmente la producción de estados NOON hasta N = 5. [6] [7]
La superresolución se ha utilizado anteriormente como indicador de la producción estatal de NOON, en 2005 Resch et al. [8] mostró que podría prepararse igualmente bien mediante interferometría clásica. Demostraron que solo la supersensibilidad de fase es un indicador inequívoco de un estado NOON; además, introdujeron criterios para determinar si se ha logrado en base a la visibilidad y eficiencia observadas. Se demostró la súper sensibilidad de fase de los estados NOON con N = 2 [9] y también se demostró experimentalmente la súper resolución, pero no la súper sensibilidad ya que la eficiencia era demasiado baja, de los estados NOON hasta N = 4 fotones. [10]
Historia y terminología
Los estados de NOON fueron introducidos por primera vez por Barry C. Sanders en el contexto del estudio de la decoherencia cuántica en los estados de Schrödinger . [11] Fueron redescubiertos de forma independiente en 2000 por el grupo de Jonathan P. Dowling en el JPL , quien los introdujo como la base del concepto de litografía cuántica . [12] El término "estado NOON" apareció por primera vez impreso como nota al pie en un artículo publicado por Lee, Kok y Dowling sobre metrología cuántica , [13] donde se deletreaba N00N, con ceros en lugar de Os.
Referencias
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