論文の概要: Many-body quantum lock-in amplifier

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.06849v1
• Date: Wed, 14 Oct 2020 07:24:39 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-29 02:54:53.794826
• Title: Many-body quantum lock-in amplifier
• Title（参考訳）: 多体量子ロックイン増幅器
• Authors: Min Zhuang, Jiahao Huang, Chaohong Lee
• Abstract要約: 本稿では,ロックインアンプの絡み合いを実現するためのプロトコルを提案する。 適切な入力状態と読み出し操作を選択することにより、未知の交互場の周波数と振幅を同時に抽出することができる。 本研究は,多体量子システムを用いた時間依存信号測定の新たな方向性を指摘する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Achieving high-precision detection of time-dependent signals in noisy environment is a ubiquitous issue in physics and a critical task in metrology. Lock-in amplifiers are detectors that can extract alternating signals with a known carrier frequency from an extremely noisy environment. Here, we present a protocol for achieving an entanglement-enhanced lock-in amplifier via empoying many-body quantum interferometry and periodic multiple pulses. Generally, quantum interferometry includes three stages: initialization, interrogation, and readout. The many-body quantum lock-in amplifier can be achieved via adding suitable periodic multiple-$\pi$-pulse sequence during the interrogation. Our analytical results show that, by selecting suitable input states and readout operations, the frequency and amplitude of an unknown alternating field can be simultaneously extracted via population measurements. In particular, if we input spin cat states and apply interaction-based readout operations, the measurement precisions for frequency and amplitude can both approach the Heisenberg limit. Moreover, our many-body quantum amplifier is robust against extreme stochastic noises. Our study may point out a new direction for measuring time-dependent signals with many-body quantum systems, and provides a feasible way for achieving Heisenberg-limited detection of alternating signals.
• Abstract（参考訳）: 雑音環境下での時間依存信号の高精度検出は物理学におけるユビキタスな問題であり、気象学における重要な課題である。 ロックイン増幅器は、非常にノイズの多い環境から既知のキャリア周波数で交互に信号を抽出できる検出器である。 本稿では,多体量子干渉法と周期的多重パルスをエンポイリングすることで,エンタングルメントエンハンスドロックイン増幅器を実現するプロトコルを提案する。 一般に、量子干渉法は初期化、尋問、読み出しの3段階を含む。 多体量子ロックイン増幅器は、尋問中に適切な周期的多重-$\pi$-pulseシーケンスを追加することで実現できる。 分析の結果, 適切な入力状態と読み出し操作を選択することで, 未知の交互場の周波数と振幅を集団計測によって同時に抽出できることがわかった。 特に、スピン猫状態を入力すると、相互作用に基づく読み出し操作を適用すると、周波数と振幅の測定精度がハイゼンベルク極限に近づく。 さらに、多体量子増幅器は極端確率雑音に対して頑健である。 本研究は,多体量子システムを用いて時間依存信号を測定するための新しい方向を指摘し,ハイゼンベルク限界検出を実現するための実現可能な方法を提案する。

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