論文の概要: Real-time frequency estimation of a qubit without single-shot-readout

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.05542v1
• Date: Tue, 11 Oct 2022 15:35:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 22:10:34.861086
• Title: Real-time frequency estimation of a qubit without single-shot-readout
• Title（参考訳）: 単発読み出しのないキュービットのリアルタイム周波数推定
• Authors: Inbar Zohar, Yoav Romach, Muhammad Junaid Arshad, Nir Halay, Niv Drucker, Rainer St\"ohr, Andrej Denisenko, Yonatan Cohen, Cristian Bonato and Amit Finkler
• Abstract要約: 本稿では,読み出し位相を制御する適応アルゴリズムを提案する。 本稿では,適応プロトコルの追加により,将来のリアルタイム実験における感度の向上が期待できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2189422792863451
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum sensors can potentially achieve the Heisenberg limit of sensitivity over a large dynamic range using quantum algorithms. The adaptive phase estimation algorithm (PEA) is one example that was proven to achieve such high sensitivities with single-shot readout (SSR) sensors. However, using the adaptive PEA on a non-SSR sensor is not trivial due to the low contrast nature of the measurement. The standard approach to account for the averaged nature of the measurement in this PEA algorithm is to use a method based on `majority voting'. Although it is easy to implement, this method is more prone to mistakes due to noise in the measurement. To reduce these mistakes, a binomial distribution technique from a batch selection was recently shown theoretically to be superior, as all ranges of outcomes from an averaged measurement are considered. Here we apply, for the first time, real-time non-adaptive PEA on a non-SSR sensor with the binomial distribution approach. We compare the sensitivity of the binomial distribution method to the majority-voting approach using the nitrogen-vacancy center in diamond at ambient conditions as a non-SSR sensor. Our results suggest that the binomial distribution approach achieves better sensitivity with shorter sensing times. To further enhance the sensitivity, we propose an adaptive algorithm that controls the readout phase and, therefore, the measurement basis set. We show by numerical simulation that adding the adaptive protocol can further improve the sensitivity in a future real-time experiment.
• Abstract（参考訳）: 量子センサーは、量子アルゴリズムを用いて大きなダイナミックレンジでハイゼンベルクの感度限界を達成することができる。 適応位相推定アルゴリズム(PEA)は、単発読み取り(SSR)センサで高感度を実現することが証明された一例である。 しかし,非ssrセンサにおける適応型peaの使用は,測定のコントラストが低いため自明ではない。 PEAアルゴリズムにおける測定値の平均的性質を考慮に入れた標準的なアプローチは、'majority voting'に基づく手法を使用することである。 実装は容易であるが、測定結果のノイズにより誤りが生じやすい。 これらの誤りを低減するため、最近、バッチ選択による二項分布法が理論的に優れていることが示され、平均測定結果のあらゆる範囲が考慮された。 ここでは、二項分布アプローチを用いた非SSRセンサに、初めてリアルタイム非適応型PEAを適用する。 非ssrセンサとして, ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いた二項分布法と多数投票法との感度を比較した。 その結果,二項分布法はより短時間で感度が向上することが示唆された。 さらに感度を高めるために,読み出し位相を制御する適応アルゴリズムを提案する。 適応プロトコルを追加することで、将来のリアルタイム実験における感度をさらに向上できることを示す。

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