論文の概要: Noisy atomic magnetometry in real time

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.12025v3
• Date: Wed, 8 Dec 2021 15:43:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-07 04:28:10.308196
• Title: Noisy atomic magnetometry in real time
• Title（参考訳）: 原子磁気計測のリアルタイム化
• Authors: Julia Amoros-Binefa and Jan Kolodynski
• Abstract要約: 連続監視された原子スピンアンサンブルは、原理的には外部磁場のリアルタイムセンシングを可能にする。 必然的不完全性を考慮に入れた場合には,カルマンフィルタ法に基づく結論がどう変化するかを検討する。 無限小のノイズでさえ、エラーを任意に減少させることができないことを証明している。
• 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: Continuously monitored atomic spin-ensembles allow, in principle, for real-time sensing of external magnetic fields beyond classical limits. Within the linear-Gaussian regime, thanks to the phenomenon of measurement-induced spin-squeezing, they attain a quantum-enhanced scaling of sensitivity both as a function of time, $t$, and the number of atoms involved, $N$. In our work, we rigorously study how such conclusions based on Kalman filtering methods change when inevitable imperfections are taken into account: in the form of collective noise, as well as stochastic fluctuations of the field in time. We prove that even an infinitesimal amount of noise disallows the error to be arbitrarily diminished by simply increasing $N$, and forces it to eventually follow a classical-like behaviour in $t$. However, we also demonstrate that, "thanks" to the presence of noise, in most regimes the model based on a homodyne-like continuous measurement actually achieves the ultimate sensitivity allowed by the decoherence, yielding then the optimal quantum-enhancement. We are able to do so by constructing a noise-induced lower bound on the error that stems from a general method of classically simulating a noisy quantum evolution, during which the stochastic parameter to be estimated -- here, the magnetic field -- is encoded. The method naturally extends to schemes beyond the linear-Gaussian regime, in particular, also to ones involving feedback or active control.
• Abstract（参考訳）: 連続的に観察された原子スピンセンブルは、原則として、古典的限界を超えた外部磁場のリアルタイムセンシングを可能にする。 線形ガウス政権内では、測定誘起のスピンスクイーズ現象により、時間関数、$t$および関連する原子数、$N$の両方の感度の量子的に増強されたスケーリングが達成される。 本研究は, 必然的不完全性を考慮したカルマンフィルタ法に基づく解法が, 集団雑音の形で, 時間的場の確率的ゆらぎとともに, どのように変化するかについて, 厳密に研究する。 無限小のノイズであっても、エラーは単に$n$を増加させることで任意に減らされ、最終的に$t$で古典的な振る舞いに従わなければならないことを証明します。 しかし、多くのレジームにおいて、ホモダインのような連続測定に基づくモデルは、デコヒーレンスによって許容される究極の感度を実際に達成し、最適な量子エンハンスメントをもたらすことを証明している。 我々は、古典的にノイズの量子進化をシミュレートする一般的な方法から生じる誤差に雑音によって引き起こされる下界を構築し、その間に確率的パラメータを推定し、ここで磁場を符号化する。 この方法は、リニア・ガウス体制以外のスキーム、特にフィードバックやアクティブコントロールを含むスキームにも自然に拡張される。

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