論文の概要: Metrological characterisation of non-Gaussian entangled states of superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.11434v2
• Date: Tue, 30 Mar 2021 14:30:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-07 06:33:27.452645
• Title: Metrological characterisation of non-Gaussian entangled states of superconducting qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビットの非ガウス交絡状態のメトロロジカルキャラクタリゼーション
• Authors: Kai Xu, Yu-Ran Zhang, Zheng-Hang Sun, Hekang Li, Pengtao Song, Zhongcheng Xiang, Kaixuan Huang, Hao Li, Yun-Hao Shi, Chi-Tong Chen, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Franco Nori, H. Wang and Heng Fan
• Abstract要約: 非ガウス交絡状態はガウス状態よりも精度測定の感度が高いと予測されている。 本稿では、19量子ビットプログラマブル超伝導プロセッサを用いて、その非線形力学中に発生する多粒子絡み合った状態の特性について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.079776889091058
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Multipartite entangled states are significant resources for both quantum information processing and quantum metrology. In particular, non-Gaussian entangled states are predicted to achieve a higher sensitivity of precision measurements than Gaussian states. On the basis of metrological sensitivity, the conventional linear Ramsey squeezing parameter (RSP) efficiently characterises the Gaussian entangled atomic states but fails for much wider classes of highly sensitive non-Gaussian states. These complex non-Gaussian entangled states can be classified by the nonlinear squeezing parameter (NLSP), as a generalisation of the RSP with respect to nonlinear observables, and identified via the Fisher information. However, the NLSP has never been measured experimentally. Using a 19-qubit programmable superconducting processor, here we report the characterisation of multiparticle entangled states generated during its nonlinear dynamics. First, selecting 10 qubits, we measure the RSP and the NLSP by single-shot readouts of collective spin operators in several different directions. Then, by extracting the Fisher information of the time-evolved state of all 19 qubits, we observe a large metrological gain of 9.89$^{+0.28}_{-0.29}$ dB over the standard quantum limit, indicating a high level of multiparticle entanglement for quantum-enhanced phase sensitivity. Benefiting from high-fidelity full controls and addressable single-shot readouts, the superconducting processor with interconnected qubits provides an ideal platform for engineering and benchmarking non-Gaussian entangled states that are useful for quantum-enhanced metrology.
• Abstract（参考訳）: マルチパーティの絡み合った状態は、量子情報処理と量子メートル法の両方にとって重要な資源である。 特に、非ゲージの絡み合った状態は、ガウス状態よりも精度測定の感度が高いと予測される。 メロジカル感度に基づいて、従来の線形ラムゼースクイーズパラメータ(RSP)はガウスの絡み合った原子状態を効率的に特徴づけるが、高感度非ガウス状態のより広いクラスでは失敗する。 これらの複雑な非ガウスの絡み合った状態は非線形スケズパラメータ(NLSP)によって分類することができ、非線形観測可能量に対するRSPの一般化としてフィッシャー情報を介して同定される。 しかし、NLSPは実験的に測定されたことはない。 本稿では,19量子ビットプログラム可能な超伝導プロセッサを用いて,非線形動力学中に発生する多粒子絡み合い状態の特性について述べる。 まず、10量子ビットを選択し、複数の異なる方向の集合スピン作用素の単発読み出しによりRSPとNLSPを測定する。 そして、すべての19量子ビットの時間進化状態のフィッシャー情報を抽出することにより、標準量子限界上の9.89$^{+0.28}_{-0.29}$ dBの質量論的なゲインを観測し、量子増強相感度に対する高レベルの多粒子絡み合いを示す。 高忠実なフルコントロールとアドレス付きシングルショット読み出しの恩恵を受け、量子ビットを相互接続した超伝導プロセッサは、量子エンハンスメトロロジーに有用な非ガウシアン絡み状態のエンジニアリングとベンチマークのための理想的なプラットフォームを提供する。

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