Optical interferometry is amongst the most sensitive techniques for precision measurement. By increasing the light intensity, a more precise measurement can usually be made. However, if the sample is light sensitive entangled states can achieve the same precision with less exposure. This concept has been demonstrated in measurements of known optical components. Here, we use two-photon entangled states to measure the concentration of a blood protein in an aqueous buffer solution. We use an opto-fluidic device that couples a waveguide interferometer with a microfluidic channel. These results point the way to practical applications of quantum metrology to light-sensitive samples.

1.
V.
Giovannetti
,
S.
Lloyd
, and
L.
Maccone
,
Science
306
,
1330
(
2004
).
2.
P.
Walther
,
J. W.
Pan
,
M.
Aspelmeyer
,
R.
Ursin
,
S.
Gasparoni
, and
A.
Zeilinger
,
Nature (London)
429
,
158
(
2004
).
3.
M. W.
Mitchell
,
J. S.
Lundeen
, and
A. M.
Steinberg
,
Nature (London)
429
,
161
(
2004
).
4.
T.
Nagata
,
R.
Okamoto
,
J. L.
O’Brien
,
K.
Sasaki
, and
S.
Takeuchi
,
Science
316
,
726
(
2007
).
5.
B. L.
Higgins
,
D. W.
Berry
,
S. D.
Bartlett
,
H. M.
Wiseman
, and
G. J.
Pryde
,
Nature (London)
450
,
393
(
2007
).
6.
J. F. C.
Matthews
,
A.
Politi
,
A.
Stefanov
, and
J. L.
O’Brien
,
Nat. Photonics
3
,
346
(
2009
).
7.
K.
Goda
,
O.
Miyakawa
,
E. E.
Mikhailov
,
S.
Saraf
,
R.
Adhikari
,
K.
McKenzie
,
R.
Ward
,
S.
Vass
,
A. J.
Weinstein
, and
N.
Mavalvala
,
Nat. Phys.
4
,
472
(
2008
).
8.
C.
Monat
,
P.
Domachuk
, and
B. J.
Eggleton
,
Nat. Photonics
1
,
106
(
2007
).
9.
R. R.
Gattass
and
E.
Mazur
,
Nat. Photonics
2
,
219
(
2008
).
10.
R.
Osellame
,
V.
Maselli
,
R. M.
Vazquez
,
R.
Ramponi
, and
G.
Cerullo
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
231118
(
2009
).
11.
A.
Politi
,
M. J.
Cryan
,
J. G.
Rarity
,
S.
Yu
, and
J. L.
O’Brien
,
Science
320
,
646
(
2008
).
12.
A.
Laing
,
A.
Peruzzo
,
A.
Politi
,
M. R.
Verde
,
M.
Halder
,
T. C.
Ralph
,
M. G.
Thompson
, and
J. L.
O’Brien
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
211109
(
2010
).
13.
G. M.
Whitesides
,
Nature (London)
442
,
368
(
2006
).
14.
I.
Afek
,
O.
Ambar
, and
Y.
Silbeberg
,
Science
328
,
879
(
2010
).
15.
J. F. C.
Matthews
,
A.
Politi
,
D.
Bonneau
, and
J. L.
O’Brien
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
163602
(
2011
).
16.
H.
Cable
and
J. P.
Dowling
,
Phys Rev Lett
99
,
163604
(
2007
).
17.
J. G.
Rarity
,
P. R.
Tapster
,
E.
Jakeman
,
T.
Larchuk
,
R. A.
Campos
,
M. C.
Teich
, and
B. E. A.
Saleh
,
Phys. Rev. Lett.
65
,
1348
(
1990
).
18.
M. A.
Rubin
and
S.
Kaushik
,
Phys. Rev. A
75
,
053805
(
2007
).
19.
M. J.
Holland
and
K.
Burnett
,
Phys. Rev. Lett.
71
,
1355
(
2003
).
20.
U.
Dorner
,
R.
Demkowicz-Dobrzanski
,
B. J.
Smith
,
J. S.
Lundeen
,
W.
Wasilewski
,
K.
Banaszek
, and
I. A.
Walmsley
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
040403
(
2009
).
21.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4724105 for details on the device fabrication, single photon source, normalization procedure and optimal MZI configuration.
22.
G.
Della Valle
,
R.
Osellame
, and
P.
Laporta
,
J. Opt. A, Pure Appl. Opt.
11
,
013001
(
2009
).
23.
A.
Marcinkevičius
,
S.
Juodkazis
,
M.
Watanabe
,
M.
Miwa
,
S.
Matsuo
,
H.
Misawa
, and
J.
Nishii
,
Opt. Lett.
26
,
277
(
2001
).
24.
K. C.
Vishnubhatla
,
N.
Bellini
,
R.
Ramponi
,
G.
Cerullo
, and
R.
Osellame
,
Opt. Express
17
,
8685
(
2009
).
25.
R.
Osellame
,
S.
Taccheo
,
M.
Marangoni
,
R.
Ramponi
,
P.
Laporta
,
D.
Polli
,
S.
De Silvestri
, and
G.
Cerullo
,
J. Opt. Soc. Am. B
20
,
1559
(
2003
).
26.
C. K.
Hong
,
Z. Y.
Ou
, and
L.
Mandel
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
2044
(
1987
).
27.
G. D.
Marshall
,
A.
Politi
,
J. C. F.
Matthews
,
P.
Dekker
,
M.
Ams
,
M. J.
Withford
, and
J. L.
O’Brien
,
Opt. Express
17
,
12546
(
2009
).
28.
T.
Peters
,
The Plasma Proteins
(
Academic
,
1975
).
29.
K. J.
Resch
,
K. L.
Pregnell
,
R.
Prevedel
,
A.
Gilchrist
,
G. J.
Pryde
,
J. L.
OBrien
, and
A. G.
White
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
223601
(
2007
).
30.
R.
Okamoto
,
H. F.
Hofmann
,
T.
Nagata
,
J. L.
O’Brien
,
K.
Sasaki
, and
S.
Takeuchi
,
New. J. Phys.
10
,
073033
(
2008
).
31.
A.
Datta
,
L.
Zhang
,
N.
Thomas-Peter
,
U.
Dorner
,
B. J.
Smith
, and
I. A.
Walmsley
,
Phys. Rev. A
83
,
063836
(
2011
).
32.
R.
Barer
and
S.
Tkaczyk
,
Nature (London)
173
,
821
(
1954
).
33.
L.
Sansoni
,
F.
Sciarrino
,
G.
Vallone
,
P.
Mataloni
,
A.
Crespi
,
R.
Ramponi
, and
R.
Osellame
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
200503
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.