Fugu-MT 論文翻訳(概要): Optimal metrology with programmable quantum sensors

論文の概要: Optimal metrology with programmable quantum sensors

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.01860v2
Date: Mon, 10 Jan 2022 16:45:10 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-03-23 09:18:59.041314
Title: Optimal metrology with programmable quantum sensors
Title（参考訳）: プログラマブル量子センサを用いた最適計測
Authors: Christian D. Marciniak, Thomas Feldker, Ivan Pogorelov, Raphael Kaubruegger, Denis V. Vasilyev, Rick van Bijnen, Philipp Schindler, Peter Zoller, Rainer Blatt, and Thomas Monz
Abstract要約: 我々は,量子力学の法則によって課される基本的限界に近く動作するプログラマブル量子センサを実装した。 26イオンでは、基本感度限界が1.45に近づく。この能力は、次世代の量子センサーが、デバイスやそのノイズ環境に関する事前の知識なしに使用できることを示している。
参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2495977992702094
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Quantum sensors are an established technology that has created new opportunities for precision sensing across the breadth of science. Using entanglement for quantum-enhancement will allow us to construct the next generation of sensors that can approach the fundamental limits of precision allowed by quantum physics. However, determining how state-of-the-art sensing platforms may be used to converge to these ultimate limits is an outstanding challenge. In this work we merge concepts from the field of quantum information processing with metrology, and successfully implement experimentally a *programmable quantum sensor* operating close to the fundamental limits imposed by the laws of quantum mechanics. We achieve this by using low-depth, parametrized quantum circuits implementing optimal input states and measurement operators for a sensing task on a trapped ion experiment. With 26 ions, we approach the fundamental sensing limit up to a factor of 1.45(1), outperforming conventional spin-squeezing with a factor of 1.87(3). Our approach reduces the number of averages to reach a given Allan deviation by a factor of 1.59(6) compared to traditional methods not employing entanglement-enabled protocols. We further perform on-device quantum-classical feedback optimization to `self-calibrate' the programmable quantum sensor with comparable performance. This ability illustrates that this next generation of quantum sensor can be employed without prior knowledge of the device or its noise environment.
Abstract（参考訳）: 量子センサーは確立された技術であり、科学の広範囲にわたる精密センシングの新たな機会を生み出した。量子エンハンスメントに絡み合わせることで、量子物理学によって許される精度の基本的な限界にアプローチできる次世代のセンサーを構築することができる。しかし、最先端のセンシングプラットフォームがこれらの究極の限界にどのように収束するかを決定することは、大きな課題である。この研究では、量子情報処理の分野と気象学を融合させ、量子力学の法則によって課される基本的限界に近い*プログラム可能な量子センサ*を実験的に実装した。我々は, 捕捉イオン実験において, 最適入力状態と測定演算子を実装した低深さパラメトリ化量子回路を用いてこれを実現する。 26イオンでは、基本感度限界が1.45(1)に近づき、従来のスピンスクイーズよりも1.87(3)に優れていた。提案手法は,アンタングル化可能なプロトコルを使用しない従来の手法と比較して,与えられたアラン偏差に到達する平均値を1.59(6)削減する。さらに、プログラム可能な量子センサの「自己校正」に同等の性能で、オンデバイス量子古典フィードバックを最適化する。この能力は、この次世代の量子センサーがデバイスやノイズ環境を事前に知ることなく利用できることを示している。

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