論文の概要: Entanglement Enhanced Estimation of a Parameter Embedded in Multiple Phases

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.04152v3
• Date: Sat, 12 Jun 2021 00:07:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-25 11:32:51.662760
• Title: Entanglement Enhanced Estimation of a Parameter Embedded in Multiple Phases
• Title（参考訳）: 複数位相に埋め込まれたパラメータのエンタングルメントによる推定
• Authors: Michael R. Grace, Christos N. Gagatsos, Saikat Guha
• Abstract要約: 量子強調センシングは、非古典的なプローブと測定によるセンシングタスクの性能向上を約束する。 位相列内に符号化されたシーンパラメータを推定するために,絡み合った量子プローブを用いた分散分散センシングフレームワークを提案する。 本稿では, 高周波位相アレイ指向レーダー, 原子間力顕微鏡用ビーム変位追跡, 光ファイバ温度勾配計など多種多様なフレームワークを応用した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0828616610785522
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum-enhanced sensing promises to improve the performance of sensing tasks using non-classical probes and measurements that require far fewer scene-modulated photons than the best classical schemes, thereby granting previously-inaccessible information about a wide range of physical systems. We propose a generalized distributed sensing framework that uses an entangled quantum probe to estimate a scene-parameter encoded within an array of phases, with a functional dependence on that parameter determined by the physics of the actual system. The receiver uses a laser light source enhanced by quantum-entangled multi-partite squeezed-vacuum light to probe the phases and thereby estimate the desired scene-parameter. The entanglement suppresses the collective quantum vacuum noise across the phase array. We report simple analytical expressions for the Cram\'er Rao bound that depend only on the optical probes and the physical model of the measured system, and we show that our structured receiver asymptotically saturates the quantum Cram\'er-Rao bound in the lossless case. Our approach enables Heisenberg limited precision in estimating a scene-parameter with respect to total probe energy, as well as with respect to the number of modulated phases. Furthermore, we study the impact of uniform loss in our system and examine the behavior of both the quantum and the classical Cram\'er-Rao bounds. We apply our framework to examples as diverse as radio-frequency phased-array directional radar, beam-displacement tracking for atomic-force microscopy, and fiber-based temperature gradiometry.
• Abstract（参考訳）: 量子強調センシングは、古典的でないプローブを用いたセンシングタスクの性能向上と、最高の古典的なスキームよりもはるかに少ないシーン変調光子を必要とする測定を約束する。 本稿では,実システムの物理によって決定されるパラメータに関数的依存を伴って,交絡量子プローブを用いて位相列内に符号化されたシーンパラメータを推定する一般化分散センシングフレームワークを提案する。 受信機は、量子絡み合い多成分絞り真空光により強化されたレーザ光源を用いて位相をプローブし、所望のシーンパラメータを推定する。 この絡み合いは位相配列全体の集合量子真空ノイズを抑制する。 我々は、光学プローブと測定系の物理モデルにのみ依存するCram\'er Rao境界に対する単純な解析式を報告し、構造的受信機が損失のない場合の量子Cram\'er-Rao境界を漸近的に飽和させることを示す。 提案手法は,全プローブエネルギーおよび変調相の数に関して,シーンパラメータを推定する上で,ハイゼンベルクの限られた精度を実現する。 さらに, 本システムにおける一様損失の影響について検討し, 量子と古典的クレーア・ラオ境界の挙動について検討した。 本手法は, 高周波位相指向型レーダ, 原子間力顕微鏡用ビーム変位追跡, ファイバベース温度gradiometry などの多種多様な例に適用する。

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