Técnica de medición de cuadraturas de campo en la que un modo de señal electromagnética débil se interfiere con un oscilador local fuerte a la misma frecuencia y fase fija, y la diferencia de intensidad resultante se registra para estimar una sola cuadratura (combinación lineal de amplitud y fase) de la señal.

Principio

La interferencia con un oscilador local estable en fase convierte una cuadratura escogida de la señal en una corriente fotoeléctrica medible proporcional a esa cuadratura, aprovechando la mezcla lineal en un divisor de haz y la sustracción para cancelar ruido en modo común.

Demostración

Detección homodina balanceada óptica: un haz señal y un oscilador local coherente e intenso de frecuencia idéntica se combinan en un divisor 50:50; dos fotodiodos miden las salidas y su corriente de diferencia proporciona una muestra proporcional de la cuadratura elegida. Variando la fase del OL se reconstruye la distribución de cuadraturas para la tomografía.

Aplicación incorrecta

Tratar la detección homodina como un detector de número de fotones o de fotones individuales; usar una fase de OL no controlada e interpretar los resultados como amplitudes de campo absolutas; asumir la medición simultánea de cuadraturas conjugadas sin considerar la selección de fase.

Consecuencia

Permite mediciones de alta sensibilidad de cuadraturas seleccionadas, caracterización de estados comprimidos y coherentes, tomografía homodina para reconstrucción de estados y protocolos cuánticos dependientes de fase; la sensibilidad crece con la amplitud del OL preservando propiedades de ruido cercanas al límite cuántico si está balanceado.

Inversión

La detección heterodina o la doble homodina mezclan con un OL a distinta frecuencia o usan fases ortogonales para inferir ambas cuadraturas simultáneamente, pero introducen al menos una unidad de ruido del vacío; la homodina mide óptimamente una cuadratura con menor ruido agregado.

Límite

Se aplica a campos de variables continuas con un oscilador local coherente y estable en fase; no es adecuada para conteo directo de fotones en detección de un solo disparo ni para situaciones sin referencia de fase o con ruido técnico dominante.

Tensión semántica

Compite con la detección directa y la detección heterodina: la homodina prioriza la precisión en una cuadratura (referenciada en fase) mientras que la heterodina sacrifica precisión por estimación simultánea de la amplitud compleja; la terminología confusa puede llevar a interpretar erróneamente el tipo de medición.

Síntesis

La detección homodina es una lectura interferométrica referenciada en fase que usa un oscilador local de la misma frecuencia para proyectar un campo desconocido sobre una cuadratura, proporcionando una estimación cercana al límite cuántico útil para tomografía y medidas de precisión en variables continuas.