論文の概要: Quantum Variational Optimization of Ramsey Interferometry and Atomic Clocks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.05593v2
• Date: Thu, 14 Oct 2021 15:38:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-12 00:51:25.630408
• Title: Quantum Variational Optimization of Ramsey Interferometry and Atomic Clocks
• Title（参考訳）: ラムゼー干渉法と原子時計の量子変分最適化
• Authors: Raphael Kaubruegger, Denis V. Vasilyev, Marius Schulte, Klemens Hammerer, Peter Zoller
• Abstract要約: ラムゼー干渉計の量子変分最適化に$N$の絡み合った原子のアンサンブルと原子時計への応用について論じる。 量子回路のエンタングリングと復号化のための変分近似において、最適入力状態と一般化された測定値を同定する。 注目すべきは、低深度量子回路でさえ、最適ラムゼー干渉計と原子時計の基本量子限界に近づいた優れた結果をもたらすことである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We discuss quantum variational optimization of Ramsey interferometry with ensembles of $N$ entangled atoms, and its application to atomic clocks based on a Bayesian approach to phase estimation. We identify best input states and generalized measurements within a variational approximation for the corresponding entangling and decoding quantum circuits. These circuits are built from basic quantum operations available for the particular sensor platform, such as one-axis twisting, or finite range interactions. Optimization is defined relative to a cost function, which in the present study is the Bayesian mean square error of the estimated phase for a given prior distribution, i.e. we optimize for a finite dynamic range of the interferometer. In analogous variational optimizations of optical atomic clocks, we use the Allan deviation for a given Ramsey interrogation time as the relevant cost function for the long-term instability. Remarkably, even low-depth quantum circuits yield excellent results that closely approach the fundamental quantum limits for optimal Ramsey interferometry and atomic clocks. The quantum metrological schemes identified here are readily applicable to atomic clocks based on optical lattices, tweezer arrays, or trapped ions.
• Abstract（参考訳）: 我々はラムゼー干渉計の量子変分最適化を$N$エンタングルド原子のアンサンブルで論じ、その位相推定に対するベイズ的アプローチに基づく原子時計への応用について論じる。 量子回路のエンタングリングと復号化のための変分近似における最適入力状態と一般化された測定値を特定する。 これらの回路は1軸ツイストや有限レンジ相互作用など、特定のセンサプラットフォームで利用可能な基本量子演算から構築されている。 最適化はコスト関数に対して定義され、本研究では、所定の事前分布に対する推定位相のベイズ平均二乗誤差、すなわち、干渉計の有限ダイナミックレンジに対して最適化する。 光学原子時計のアナログ変分最適化では、ランジー尋問時間に対するアラン偏差を長期不安定性の関連するコスト関数として用いる。 注目すべきは、低深度量子回路でさえ、最適ラムゼー干渉計と原子時計の基本量子限界に近づいた優れた結果をもたらすことである。 ここで特定される量子メロジカルスキームは、光学格子、ツイーザーアレイ、または閉じ込められたイオンに基づく原子時計に容易に適用できる。

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