論文の概要: Swap-test interferometry with biased ancilla noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.02568v2
• Date: Mon, 10 Jan 2022 08:57:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-05 12:17:58.998450
• Title: Swap-test interferometry with biased ancilla noise
• Title（参考訳）: バイアスアシラノイズを用いたスワップテスト干渉法
• Authors: Ond\v{r}ej \v{C}ernot\'ik, Iivari Pietik\"ainen, Shruti Puri, S. M. Girvin, Radim Filip
• Abstract要約: ハイゼンベルクのスケーリングは単純な入力状態で回復することができる。 単純な入力状態は、位相推定の標準的な量子限界に達することができる。 複雑な状態は干渉計の入力時に複雑な状態を必要とするが、準備は困難である。
• 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: The Mach--Zehnder interferometer is a powerful device for detecting small phase shifts between two light beams. Simple input states -- such as coherent states or single photons -- can reach the standard quantum limit of phase estimation while more complicated states can be used to reach Heisenberg scaling; the latter, however, require complex states at the input of the interferometer which are difficult to prepare. The quest for highly sensitive phase estimation therefore calls for interferometers with nonlinear devices which would make the preparation of these complex states more efficient. Here, we show that the Heisenberg scaling can be recovered with simple input states (including Fock and coherent states) when the linear mirrors in the interferometer are replaced with controlled-swap gates and measurements on ancilla qubits. These swap tests project the input Fock and coherent states onto NOON and entangled coherent states, respectively, leading to improved sensitivity to small phase shifts in one of the interferometer arms. We perform detailed analysis of ancilla errors, showing that biasing the ancilla towards phase flips offers a great advantage, and perform thorough numerical simulations of a possible implementation in circuit quantum electrodynamics. Our results thus present a viable approach to phase estimation approaching Heisenberg-limited sensitivity.
• Abstract（参考訳）: マッハ-ツェンダー干渉計は、2つの光線の間の小さな位相シフトを検出する強力な装置である。コヒーレント状態や単一光子のような単純な入力状態は位相推定の標準的な量子限界に達することができ、より複雑な状態はハイゼンベルクスケールに到達するために用いられる。しかし、後者は準備が難しい干渉計の入力で複雑な状態を必要とする。 したがって、高感度位相推定の探求は、これらの複雑な状態の合成をより効率的にする非線形デバイスによる干渉計を必要とする。 ここでは,干渉計の線形ミラーを制御スワップゲートに置き換え,アンシラキュービット上で測定した場合,ハイゼンベルクスケーリングを簡単な入力状態(フォックやコヒーレント状態を含む)で復元できることを示す。 これらのスワップ試験では、入力フォック状態とコヒーレント状態がそれぞれNOON状態と絡み合ったコヒーレント状態に投影され、干渉計アーム内の小さな位相シフトに対する感度が向上した。 回路量子電磁力学における実装の可能性について, 詳細な解析を行い, 位相フリップへのアンシラの偏りが大きな利点であることを示し, 詳細な数値シミュレーションを行った。 その結果,ハイゼンベルク限界感度に近づいた位相推定に有効な手法が得られた。

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