Associação entre distribuição de probabilidade de fase óptica e detecção de fase relativa em metrologia quântica fotônica

• Autor(a) principal: Felipe Fortes Braz
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/48410
• topic: Metrologia quântica; Interferometria; Fases em óptica quântica; Metrologia; Interferometria; Óptica quântica

A medição de uma diferença de fase entre dois modos ópticos de um interferômetro tem várias aplicações importantes em metrologia. Essa detecção pode ser útil em diversos contextos, como por exemplo na detecção de ondas gravitacionais. A natureza quântica da luz impõe um limite para se medir a diferença de fase com precisão, sendo esse limite conhecido por limite de Heisenberg (HL). Por outro lado, a metrologia quântica fotônica estuda alternativas para alcançar o HL por meio de estados quânticos emaranhados ou comprimidos. Segundo a teoria da estimativa de parâmetros, a incerteza mínima na fase $\theta$ estimada em uma estratégia de medição considerando luz clássica escala com $1/\sqrt{\Bar{N}}$, sendo $\Bar{N}$ o número médio de fótons. Essa dependência é conhecida por limite quântico padrão. No entanto, ao considerar fontes de luz quânticas, nota-se uma melhoria significativa na estimativa do parâmetro de fase, pois sua incerteza mínima pode escalar com $1/{\Bar{N}}$, conhecido por HL. Nesta tese, partindo da distribuição de probabilidade de fase relativa P($\phi$) introduzida por Luis e S\'anchez-Soto em 1996, obtivemos esta distribuição para vários estados quânticos da luz úteis em metrologia quântica fotônica. Mostramos que, dentro da precisão numérica de nossos cálculos, a informação de Fisher obtida via distribuição de fase relativa é igual à informação quântica de Fisher para os estados considerados, tal que as diferenças médias entre essas quantidades foram da ordem de $0,1\%$. Nossos resultados indicam que a distribuição de fase relativa pode ser usada para prever a incerteza mínima possível no processo de detecção de fase em metrologia quântica, uma vez que essa incerteza depende da informação quântica de Fisher, pelo menos para estados puros.