論文の概要: Effects of local decoherence on quantum critical metrology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.04879v3
- Date: Wed, 21 Jul 2021 10:02:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-06 13:49:52.128338
- Title: Effects of local decoherence on quantum critical metrology
- Title（参考訳）: 局所デコヒーレンスが量子臨界メトロロジーに及ぼす影響
- Authors: Chong Chen, Ping Wang, Ren-Bao Liu
- Abstract要約: 標準量子限界は、環境が行う局所量子測定と等価な単一粒子デコヒーレンスによって回復される。
この研究は、臨界行動に基づく量子センシングにおいて、マクロ的な量子コヒーレンスを保護することの重要性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.995105692488374
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The diverging responses to parameter variations of systems at quantum
critical points motivate schemes of quantum metrology that feature
sub-Heisenberg scaling of the sensitivity with the system size (e.g., the
number of particles). This sensitivity enhancement is fundamentally rooted in
the formation of Schr\"odinger cat states, or macroscopic superposition states
at the quantum critical points. The cat states, however, are fragile to
decoherence caused by local noises on individual particles or coupling to local
environments, since the local decoherence of any particle would cause the
collapse of the whole cat state. Therefore, it is unclear whether the
sub-Heisenberg scaling of quantum critical metrology is robust against the
local decoherence. Here we study the effects of local decoherence on the
quantum critical metrology, using a one-dimensional transverse-field Ising
model as a representative example. Based on a previous work [Phys. Rev. Lett.
94, 047201 (2005)] on the critical behaviors of the noisy Ising model, which
shows that the universality class of the quantum criticality is modified by the
decoherence, we find that the standard quantum limit is recovered by the
single-particle decoherence, which is equivalent to local quantum measurement
conducted by the environment and destroys the many-body entanglement in the
ground state at the quantum critical point. Following the renormalization group
analysis [Phys. Rev. B 69, 054426 (2004)], we argue that the noise effects on
quantum critical metrology should be universal. This works demonstrates the
importance of protecting macroscopic quantum coherence for quantum sensing
based on critical behaviors.
- Abstract（参考訳）: 量子臨界点におけるシステムのパラメータ変動に対する応答のばらつきは、システムサイズ(例えば粒子数)に対する感度のサブハイゼンベルクスケーリングを特徴とする量子距離論のスキームを動機付けている。
この感度増強は、量子臨界点におけるSchr\"odinger cat状態またはマクロな重ね合わせ状態の形成に根ざしている。
しかし、猫状態は個々の粒子の局所的なノイズや局所的な環境とのカップリングによって生じるデコヒーレンスに対して脆弱である。
したがって、量子臨界メトロロジーのサブハイゼンベルクスケーリングが局所的デコヒーレンスに対して堅牢であるかどうかは不明である。
本稿では,一次元逆場イジングモデルを用いて,局所デコヒーレンスが量子臨界距離論に与える影響について検討する。
従来の研究(Phys. Rev. 94, 047201 (2005))に基づき、量子臨界性の普遍性クラスがデコヒーレンスによって修正されることを示すノイズイジングモデルの臨界挙動を考察し、標準量子極限は、環境が行う局所量子測定と等価な単一粒子デコヒーレンスによって回復され、量子臨界点における基底状態における多体絡みを破壊されることを見出した。
renormalization group analysis [phys. rev. b 69, 054426 (2004)] に従い、量子臨界メトロロジーにおけるノイズ効果は普遍的であるべきであると論じた。
この研究は、臨界行動に基づく量子センシングにおいて、マクロ的な量子コヒーレンスを保護することの重要性を示す。
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