論文の概要: Attainability of the Holevo-Cram\'er-Rao bound for two-qubit 3D
magnetometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.01502v1
- Date: Tue, 4 Aug 2020 13:15:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-07 04:33:14.410072
- Title: Attainability of the Holevo-Cram\'er-Rao bound for two-qubit 3D
magnetometry
- Title（参考訳）: 2量子3次元磁気メトリーにおけるHolevo-Cram\'er-Rao境界の到達性
- Authors: Jamie Friel, Pantita Palittapongarnpim, Francesco Albarelli, and
Animesh Datta
- Abstract要約: 2つの量子ビットを用いた量子制限型3次元磁気計測について検討する。
2つのキュービットは3次元磁気学の最小のマルチキュービット系を形成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.13999481573773068
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study quantum-limited 3D magnetometry using two qubits. Two qubits form
the smallest multi-qubit system for 3D magnetometry, the simultaneous
estimation of three phases, as it is impossible with a single qubit. We provide
an analytical expression for the Holevo-Cram\'er-Rao bound (HCRB),the
fundamental attainable quantum bound of multiparameter estimation, for 3D
magnetometry using two-qubit pure states and show its attainability by rank-1
projective measurements. We also examine the attainability of the HCRB in the
presence of dephasing noise using numerical methods. While attaining the HCRB
may require collective measurements over infinitely many copies, we find that
for high noise the HCRB is practically saturated by two copies only. In the low
noise regime, up to three copies are unable to attain the HCRB. More generally,
we introduce new multiparameter channel bounds to compare quantum-classical and
classical-quantum strategies where multiple independent copies of the state are
entangled before or after recording the parameters respectively. We find that
their relative performance depends on the noise strength, with
theclassical-quantum strategy performing better for high noise. We end with
shallow quantum circuits that approach the fundamental quantum limit set by the
HCRB for two-qubit 3D magnetometry using up to three copies.
- Abstract（参考訳）: 2量子ビットを用いた量子制限3次元磁気測定について検討した。
2つのキュービットは、単一のキュービットでは不可能であるため、3つのフェーズの同時推定である3次元磁気メトリーの最小のマルチキュービットシステムを形成する。
本研究では,2キュービット純状態を用いた3次元磁気計測において,Holevo-Cram\'er-Rao界(HCRB)の基本量子境界を解析的に表現し,ランク1射影測定によりその到達性を示す。
また, 数値計算法を用いて, 劣化雑音の存在下でのHCRBの到達可能性についても検討した。
HCRBを得るには、無限に多くのコピーを総合的に測定する必要があるが、高雑音の場合、HCRBは事実上2つのコピーで飽和している。
低騒音では、最大3つのコピーがHCRBに到達することができない。
より一般的には、パラメータの記録前後で複数の独立した状態のコピーが絡み合っている量子古典と古典量子の戦略を比較するために、新しいマルチパラメータチャネル境界を導入する。
それらの相対的な性能はノイズ強度に依存し、古典的量子戦略は高い雑音に対してより良く機能する。
最後に、HCRBが設定した基本量子限界に、最大3つのコピーを用いて2量子3次元磁力計でアプローチする浅い量子回路を用いる。
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