On the role of chirping in pulsed single photon spectroscopy
Abstract: We investigate the precision of estimating the interaction strength between a two-level system (TLS) and a single-photon pulse when the latter is subject to chirping. We consider linear, quadratic, and sinusoidal temporal phases applied to Gaussian and exponential temporal profiles. At the asymptotic time, when the TLS has fully decayed to its ground state, the fundamental precision depends solely on the magnitude of its spectral amplitude. For quadratically phase-modulated Gaussian pulses, this is entirely determined by the spectral bandwidth. We provide expressions for evaluating the fundamental precision for general temporal profiles and phase modulations. Finally, we show that experimentally feasible mode-resolved measurements are optimal, or close to it, for chirped, pulsed single photon spectroscopy.
- B. M. Garraway and K. A. Suominen, Rep. Prog. Phys. 58, 365–419 (1995).
- A. Khan, F. Albarelli, and A. Datta, arXiv:2307.02204 (2023).
- F. Schlawin, J. Phys. B 50, 203001 (2017).
- I. H. Deutsch and J. C. Garrison, Phys. Rev. A 43, 2498 (1991).
- L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge University Press, 1995).
- L. Ko, R. L. Cook, and K. B. Whaley, J. Chem. Phys. 156, 244108 (2022).
- M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge University Press, 1997).
- A. Silberfarb and I. H. Deutsch, Phys. Rev. A 69, 042308 (2004).
- W. Konyk and J. Gea-Banacloche, Phys. Rev. A 93, 063807 (2016).
- C. R. Rao, in Breakthroughs in statistics (Springer, 1992) pp. 235–247.
- H. Cramér, in Mathematical Methods of Statistics, Vol. 9 (Princeton University Press, 2016).
- A. S. Holevo, Probabilistic and statistical aspects of quantum theory, Vol. 1 (Springer Science & Business Media, 2011).
- S. L. Braunstein and C. M. Caves, Phys. Rev. Lett. 72, 3439 (1994).
- M. G. Paris, Int. J. Quantum Inf. 7, 125 (2009).
- S. Kurdziałek and R. Demkowicz-Dobrzański, Phys. Rev. Lett. 130, 160802 (2023).
- V. Torres-Company, J. Lancis, and P. Andrés, in Progress in Optics, Vol. 56 (Elsevier, 2011) pp. 1–80.
- C. Bennett and B. Kolner, IEEE J. Quantum Electron. 37, 20 (2001).
- N. Fabre and S. Felicetti, Phys. Rev. A 104, 022208 (2021).
- O. E. Barndorff-Nielsen and R. D. Gill, J. Phys. A 33, 4481 (2000).
- F. Girotti, A. Godley, and M. Guţă, arXiv:2310.06767 (2023).
- M. Tsang, R. Nair, and X. Lu, Phys. Rev. X 6, 031033 (2016).
- R. Nair and M. Tsang, Physical Rev. Lett. 117, 190801 (2016).
- E. Bisketzi, D. Branford, and A. Datta, New J. Phys. 21, 123032 (2019).
- C. S. Mitchell and M. P. Backlund, Phys. Rev. A 105, 062603 (2022).
- A. Eckstein, B. Brecht, and C. Silberhorn, Opt. Express 19, 13770 (2011).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
