English Summary:
Quantum entanglement-based imaging is proposed to significantly increase resolution by extending the spatial separation of optical collection apertures in very-long-baseline interferometry for astronomy and geodesy.
The experiment demonstrates a table-top entanglement-based interferometric imaging technique using two entangled field modes as a phase reference between two apertures, enabling the ability of entanglement to implement interferometric imaging.
Korean Summary:
퀴인트 엔타넬먼트를 활용한 이미지 처리는 긴 기저선 간 거리를 확장하여 우주 과학 및 지형 측정에서의 해상도를 향상시키려는 방법입니다.
이 연구에서는 퀴인트 엔타넬먼트를 활용한 이미지 처리 기술을 실험적으로 보여주고 있습니다.
Technical Terms Explanation:
1.
Quantum entanglement (퀴인트 엔타넬먼트): 퀴인트 엔타넬먼트는 양자 물리학에서 두 파티클이 공존하며 상호 작용하지 않고도 연결되어 있다는 특성을 의미합니다.
2.
Path-entangled reference state (경로 엔타넬먼트 참조 상태): 경로 엔타넬먼트 참조 상태는 양자 물리학에서 두 경로를 가진 단일 폴크 상태입니다.
3.
Coherent measurement (고루텀 측정): 고루텀 측정은 양자 물리학에서 상호 작용하지 않는 두 파티클의 상태를 확인하기 위한 측정법입니다.
Related Papers or Resources:
1.
Title: “Michelson and Pease’s Interferometric Imaging” Author/Source: Michelson, A.
A.
, Pease, F.
G.
URL: https://www.
nature.
com/articles/140267a0
2.
Title: “Earth-Sized Telescope Arrays in the Radio Frequency Band” Author/Source: Brown, M.
R.
URL: https://arxiv.
org/abs/2212.
07395v4
3.
Title: “Search for Exoplanets and Their Atmospheres” Author/Source: Seager, S.
, Deming, D.
URL: https://science.
sciencemag.
org/content/360/6392/eaav2817
4.
Title: “Imaging of Planet-Forming Disks and Stellar Surfaces” Author/Source: Augereau, J.
-C.
, Pawellek, B.
URL: https://ui.
adsabs.
org/abs/2019A&ARv.
27.
35A
5.
Title: “Near-Infrared Imaging of Black Hole Event Horizons” Author/Source: Doeleman, S.
S.
, et al.
org/content/349/6251/aac4718
6.
Title: “Very-Long-Baseline Interferometry for Geodesy” Author/Source: Böhm, C.
com/articles/srep03892
7.
Title: “Applications Limited by Resolution” Author/Source: Brown, M.
07395v4
8.
Title: “Optical Interferometry in the Near-Infrared and Visible Spectrum” Author/Source: Monnier, J.
D.
35A
9.
Title: “Shared Optical Entanglement for Extending Optical Interferometric Imaging Baselines” Author/Source: Gottesman, S.
, Jenewine, J.
, Croke, A.
org/abs/quant-ph/0701236
10.
Title: “Generation of Path-Entangled Reference State” Author/Source: Brown, M.
com/articles/s41598-020-67484-z

Interferometric imaging using shared quantum entanglement Matthew R. Brown,1 Markus Allgaier,1 Val´erian Thiel,2 John D. Monnier,3 Michael G. Raymer,1 and Brian J. Smith1, ∗ 1Department of Physics and Oregon Center for Optical, Molecular, and Quantum Science, University of Oregon, Eugene, Oregon 97403, USA 2PASQAL, 7 rue L´eonard de Vinci, 91300 Massy, France 3Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109, USA (Dated: September 25, 2023) Quantum entanglement-based imaging promises significantly increased resolution by extending the spatial separation of optical collection apertures used in very-long-baseline interferometry for astronomy and geodesy. We report a table-top entanglement-based interferometric imaging tech- nique that utilizes two entangled field modes serving as a phase reference between two apertures. The spatial distribution of a simulated thermal light source is determined by interfering light col- lected at each aperture with one of the entangled fields and performing joint measurements. This experiment demonstrates the ability of entanglement to implement interferometric imaging. Coherent measurement of light entering separate col- lection apertures of an imaging system, an approach called aperture synthesis that forms the basis of in- terferometric imaging, enables increased angular resolu- tion beyond the single-aperture diffraction limit, as first demonstrated by Michelson and Pease [1]. The resolu- tion of interferometric imaging is limited, in-principle, only by the aperture separation (the ‘baseline’). Un- like interferometric imaging in the radio frequency (RF) band, where Earth-sized telescope arrays have been im- plemented based on locally recording the RF fields at each telescope [2], in the optical band (visible and near- infrared) the maximum baseline length is limited, in part, by the difficulty in performing local coherent detection with low noise at the few-photon level. The desire to increase angular resolution in the optical band by in- creasing the baseline is motivated by a number of ap- plications currently limited by resolution: the search for exoplanets and the study of their atmospheres, resolved imaging of black hole event horizons in the near-infrared to complement the mm-wave imaging of the Event Hori- zon Telescope (EHT), geodesy, imaging of planet-forming disks, and stellar surfaces beyond the Sun [3–8]. This has prompted the quantum information science community to search for new tools such as shared optical entangle- ment between the receivers to extend optical interfero- metric imaging baselines [9–17]. There are three common approaches to achieving high angular resolution with synthetic apertures: 1) trans- porting the received fields to a central location and in- terfering them (direct interference) as depicted in Fig. 1(a); 2) distributing and interfering strong mutually co- herent fields, known as local oscillators (LO), with two received fields, as shown in Fig. 1(b); or, 3) measuring intensity correlations between the collected fields as in the Hanbury Brown-Twiss (HBT) experiment [18–21]. In the first approach, the challenge to increasing the base- line lies in constructing low-loss optical channels between telescopes, with the current state-of-the-art baseline be- 2+ 1+ I(x) 1- 2- Δy I(x) Δy δ δ (b) classical or quantum reference (a) FIG. 1. Schematics of two approaches to interferometric imag- ing….

공유 된 양자 얽힘 Matthew R.
Brown, 1 Markus Allgaier, 1 Val´erian Thiel, 2 John D.
Monnier, 3 Michael G.
Raymer, 1 및 Brian J.
Smith1, * 1 Physics, Oregon Center of Physics, Oregon Center of Optical, Molecular 및 Oregon, Oregon, 77403, USE 97403, USE 97403, 77403, Oregon 97403.
L’Eonard de Vinci, 91300 Massy, ​​프랑스 미시간 대학교, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109, 미시간 주 48109 년 9 월 25 일, 2023 년 9 월 25 일, 미시간 미시간 주 48109 년 9 월 25 일, antanglement 기반 이미징 약속은 천체와 지정 학적으로 간섭에 사용 된 매우 긴적으로 간섭에 사용 된 광학 수집 조리개의 공간 분리를 확장함으로써 분해능을 크게 향상시킨다.
우리는 두 개의 조리개 사이의 위상 참조 역할을하는 두 개의 얽힌 필드 모드를 사용하는 테이블 턴 얽힘 기반 간섭계 이미징 기술을보고합니다.
시뮬레이션 된 열 광원의 공간 분포는 각 조리개에서 얽힌 필드 중 하나로 수집 된 광선을 방해하고 관절 측정을 수행함으로써 결정됩니다.
이 실험은 간섭계 이미징을 구현하는 얽힘의 능력을 보여줍니다.
이미징 시스템의 별도의 콜렉션 조리개로 들어가는 빛의 일관성 측정은, 불내성 이미징의 기초를 형성하는 조리개 합성이라는 접근법으로, Michelson and Pease에 의해 처음 입증 된 바와 같이 단일 사례 회절 한계를 넘어 증가 된 각도의 해결을 가능하게한다 [1].
간섭계 영상의 해결은 조리개 분리 ( ‘기준선’)에 의해서만 제한되어 있습니다.
무선 주파수 (RF) 밴드에서의 간섭계 이미징은 지구 크기의 망원경 어레이가 각 망원경에서 RF 필드를 국소 적으로 기록하여 광학 대역 (가시 및 거의 적외선)에서 국부적으로 기록 된 것을 기반으로 한 점을 기반으로하고있다.
기준선을 제시함으로써 광 밴드에서 각도 해상도를 증가시키려는 욕구는 현재 해상도에 의해 제한된 다수의 적용에 의해 동기가 부여됩니다.
분위기에 대한 검색과 대기에 대한 연구, 블랙홀 이벤트 지평의 이미징은 거의 intrem on-zon on-forming의 MM-wave 이미징을 보완하기 위해 거의 비상장에서 블랙홀 이벤트 지평의 이미징을 해결했습니다.
태양 너머의 항성 표면 [3–8].
이로 인해 양자 정보 과학 커뮤니티는 수신기 간의 공유 광학적 얽힘과 같은 새로운 도구를 검색하여 광학 간섭 계측 영상 기준을 확장했습니다 [9–17].
합성 조리개로 높은 각도 해상도를 달성하기위한 세 가지 일반적인 접근법이 있습니다.
1) 수신 된 필드를 중심 위치로 전달하고도 1 (a)에 도시 된 바와 같이 (직접 간섭)를 수용하고 (직접 간섭); 2)도 1 (b)에 도시 된 바와 같이, 두 개의 수신 된 필드와 함께 로컬 발진기 (LO)로 알려진 강한 상호 상호 공동 필드를 분배하고 방해하고; 또는 3) Hanbury Brown-Twiss (HBT) 실험에서와 같이 수집 된 필드 간의 강도 상관 측정 [18-21].
첫 번째 접근법에서,베이스 라인을 증가시키는 데 어려움은 망원경 사이에 저 손실 광학 채널을 구성하는 데 있으며, 현재의 최첨단 기준선은 -2+ 1+ I (x) 1- Δy I (x) Δy Δ (b) 고전적 또는 양자 기준 (a) 그림.
1.
간섭계 이미지에 대한 두 가지 접근법의 개략도 ….