Limiti quantistici nel sistema di riferimento del rivelatore per la temporizzazione eterodina nei collegamenti ottici relativistici

Abstract degli autori

I collegamenti ottici a lunga base per l’interferometria spaziale e le reti quantistiche satellitari si basano sul tracciamento eterodino della fase in presenza di moto Doppler e di spostamenti gravitazionali di frequenza. Questi spostamenti relativistici possono generare ampi offset della frequenza di battimento nel sistema di riferimento del rivelatore, nell’arco di finestre di lettura finite, e quindi limitare la precisione temporale della lettura della fase nel front-end. Sviluppiamo un quadro di riferimento nel sistema del rivelatore per questo problema, basato su un modello efficace a due modi, segnale--oscillatore locale, nel quale il moto relativistico riscalа la frequenza dell’oscillatore locale. In questo contesto ricaviamo limiti in forma chiusa di Mandelstam--Tamm e Margolus--Levitin per risorse gaussiane rappresentative e colleghiamo la distinguibilità globale dello stato alla precisione operativa del tracciamento eterodino della fase. Nel regime di oscillatore locale intenso individuiamo una discrepanza geometrico-operativa: lo stato ottico congiunto può evolvere su scale temporali globali arbitrariamente brevi, mentre il tasso d’informazione rilevante è determinato dal record misurato dal rivelatore. Combinando questo risultato con un’analisi dell’acquisizione transitoria ad anello aperto, mostriamo che il rumore bianco di fase e una deriva relativistica della frequenza di battimento, approssimativamente costante durante la finestra di acquisizione, determinano un benchmark con legge di scala a radice cubica per la finestra ottimale d’integrazione ad anello aperto prima dell’aggancio e per l’errore di fase residuo minimo. Questi risultati stabiliscono benchmark nel sistema di riferimento del rivelatore per la temporizzazione eterodina al limite quantistico nei collegamenti ottici relativistici e chiariscono come i limiti dinamici globali entrino nelle misurazioni ottiche continue vincolate al compito.