Fluctuaciones en los resultados de medida que surgen de la naturaleza discreta y corpuscular de los cuantos y de la ocurrencia probabilística de eventos de detección; a menudo modeladas por estadística de Poisson o binomial y dominantes en la incertidumbre para sondas coherentes e independientes a niveles de señal moderados o altos.

Principio

Cuando cuantos idénticos e independientes son detectados, la varianza de los recuentos escala con la media (Poisson) o como Np(1−p) (binomial), produciendo una desviación estándar que crece como √N y una incertidumbre fraccionaria que disminuye como 1/√N. Esta discreción estadística impone un límite de sensibilidad en esquemas de medida lineales.

Demostración

En un interferómetro óptico con un haz láser coherente, el número de fotones detectados en una ventana de tiempo fluctúa según Poisson; por ello la sensibilidad en fase está limitada por el ruido de disparo de fotones, dando una incertidumbre de fase que escala como 1/√N donde N es el número de fotones detectados.

Aplicación incorrecta

Atribuir todas las fluctuaciones medidas al ruido de disparo sin separar fuentes de ruido técnico (ruido electrónico, ruido de intensidad del láser, ineficiencia de detección), o llamar 'ruido de disparo' a cualquier incertidumbre cuántica cuando la contribución dominante sea ruído de proyección en sistemas de pocos cuerpos en lugar de conteos poissonianos.

Consecuencia

El ruido de disparo establece un piso de sensibilidad (nivel de shot-noise o límite cuántico estándar para muchos protocolos) e impulsa el uso de recursos no clásicos (estados exprimidos, entrelazamiento) y detectores mejorados para reducir la varianza de medida por debajo del nivel de shot-noise.

Inversión

Fuentes de ruido técnico clásicas pueden dominar las fluctuaciones observadas y enmascarar el ruido de disparo; a la inversa, estados no clásicos como estados squeezed o entrelazados pueden reducir las fluctuaciones por debajo de la expectativa de shot-noise, permitiendo sensibilidad sub-shot-noise.

Límite

Se aplica a mediciones dominadas por eventos de detección independientes y a campos o partículas descritos por estadísticas coherentes o térmicas; no abarca otros mecanismos de ruido cuántico (ruido de proyección en conjuntos finitos, límites por retroacción, o escalado de Heisenberg) y pierde sentido si la detección es ineficiente o domina el ruido clásico.

Tensión semántica

Tensión entre el uso coloquial de 'shot noise' para cualquier aleatoriedad de medida y el significado preciso asociado a la estadística de Poisson/binomial; entre el ruido de disparo como efecto cuántico de conteo y el ruido técnico reducible; y entre detección limitada por shot-noise y metrología realmente cuántica (Heisenberg).

Síntesis

El ruido de disparo es la fluctuación de origen contador asociada a eventos de detección discretos que produce una escala 1/√N de incertidumbre de estimador para sondas independientes; define un suelo práctico de sensibilidad y motiva técnicas para su supresión o elusión mediante recursos cuánticos o instrumentación mejorada.