論文の概要: Exponential precision by reaching a quantum critical point

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.11264v2
• Date: Fri, 14 Jan 2022 11:25:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-03 22:38:12.661937
• Title: Exponential precision by reaching a quantum critical point
• Title（参考訳）: 量子臨界点に到達した指数精度
• Authors: Louis Garbe, Obinna Abah, Simone Felicetti, Ricardo Puebla
• Abstract要約: 二次スケーリングを超越できるプロトコルを報告し、指数関数的な優位性をもたらす。 指数的優位性は、臨界点に近い断熱状態の崩壊に起因している。 以上の結果から,高精度スケーリングがパラダイム的ハイゼンベルク限界を超えている新しい量子気象プロトコルが明らかになった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum metrology shows that by exploiting nonclassical resources it is possible to overcome the fundamental limit of precision found for classical parameter-estimation protocols. The scaling of the quantum Fisher information -- which provides an upper bound to the achievable precision -- with respect to the protocol duration is then of primarily importance to assess its performances. In classical protocols the quantum Fisher information scales linearly with time, while typical quantum-enhanced strategies achieve a quadratic (Heisenberg) or even higher-order polynomial scalings. Here we report a protocol that is capable of surpassing the polynomial scaling, and yields an exponential advantage. Such exponential advantage is achieved by approaching, but without crossing, the critical point of a quantum phase transition of a fully-connected model in the thermodynamic limit. The exponential advantage stems from the breakdown of the adiabatic condition close to a critical point. As we demonstrate, this exponential scaling is well captured by the new bound derived in arXiv:2110.04144, which in turn allows us to obtain approximate analytical expressions for the quantum Fisher information that agree with exact numerical simulations. In addition, we discuss the limitations to the exponential scaling when considering a finite-size system as well as its robustness against decoherence effects. Hence, our findings unveil a novel quantum metrological protocol whose precision scaling goes beyond the paradigmatic Heisenberg limit with respect to the protocol duration.
• Abstract（参考訳）: 量子メトロジーは、古典的パラメータ推定プロトコルで見られる精度の基本的な限界を克服することができることを示す。 プロトコルの持続時間に関して、達成可能な精度の上限を提供する量子フィッシャー情報のスケーリングは、そのパフォーマンスを評価する上で主に重要である。 古典的なプロトコルでは、量子フィッシャー情報は時間とともに線形にスケールするが、典型的な量子強化戦略は二次的(ハイゼンベルク)あるいは高階多項式スケーリングを達成する。 本稿では,多項式スケーリングを超越し,指数関数的優位性が得られるプロトコルを報告する。 このような指数関数的優位性は接近によって達成されるが、交差しなければ、熱力学極限における完全連結モデルの量子相転移の臨界点となる。 指数関数的な利点は、臨界点に近い断熱状態の崩壊に起因する。 この指数的スケーリングは、arXiv:2110.04144で導かれた新しい境界によってよく捉えられ、それによって、正確な数値シミュレーションと一致する量子フィッシャー情報の近似解析式を得ることができる。 さらに,有限サイズシステムとデコヒーレンス効果に対するロバスト性を考慮した場合の指数スケーリングの限界についても論じる。 そこで本研究では,提案手法の持続時間に関してパラダイム的ハイゼンベルク限界を超える精度スケーリングを行う新しい量子メロジカルプロトコルを提示する。

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