論文の概要: Optimizing one-axis twists for variational Bayesian quantum metrology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.12461v3
- Date: Tue, 28 May 2024 17:37:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-30 04:56:05.942445
- Title: Optimizing one-axis twists for variational Bayesian quantum metrology
- Title（参考訳）: 変分ベイズ量子気象学のための1軸ツイストの最適化
- Authors: Tyler G. Thurtell, Akimasa Miyake,
- Abstract要約: 特に、量子ビット位相推定(回転センシング)は、電場センシング、磁気メソメトリー、原子時計、ジャイロスコープへの応用において、ユビキタスな問題として現れる。
任意軸ツイストアンサーゼと呼ばれるパラメタライズド符号化および復号化プロトコルの新たなファミリーを提案する。
対象推定誤差を達成するのに必要な1軸ツイスト数を大幅に削減できることを示す。
- 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: Quantum metrology and sensing seek advantage in estimating an unknown parameter of some quantum state or channel, using entanglement such as spin squeezing produced by one-axis twists or other quantum resources. In particular, qubit phase estimation, or rotation sensing, appears as a ubiquitous problem with applications to electric field sensing, magnetometry, atomic clocks, and gyroscopes. By adopting the Bayesian formalism to the phase estimation problem to account for limited initial knowledge about the value of the phase, we formulate variational metrology and treat the state preparation (or encoding) and measurement (or decoding) procedures as parameterized quantum circuits. It is important to understand how effective various parametrized protocols are as well as how robust they are to the effects of complex noise such as spatially correlated noise. First, we propose a new family of parametrized encoding and decoding protocols called arbitrary-axis twist ansatzes, and show that it can lead to a substantial reduction in the number of one-axis twists needed to achieve a target estimation error. Furthermore, we demonstrate that the estimation error associated with these strategies decreases with system size in a faster manner than classical (or no-twists) protocols, even in the less-explored regimes where the prior information is limited. Last, using a polynomial-size tensor network algorithm, we numerically analyze practical variational metrology beyond the symmetric subspace of a collective spin, and find that quantum advantage persists for the arbitrary-axis twist ansatzes with a few one-axis twists and smaller total twisting angles for practically relevant noise levels.
- Abstract（参考訳）: 量子力学と感覚は、ある量子状態やチャネルの未知のパラメータを1軸のツイストやその他の量子資源によって生成されるスピンスクイーズなどの絡み合いを用いて推定する際の利点を求める。
特に、量子ビット位相推定(回転センシング)は、電場センシング、磁気メソメトリー、原子時計、ジャイロスコープへの応用において、ユビキタスな問題として現れる。
位相推定問題にベイズ形式を適用し、位相の値に関する限られた初期知識を考慮し、変分距離論を定式化し、状態準備(または符号化)および測定(または復号)手順をパラメータ化量子回路として扱う。
各種パラメトリケートプロトコルの有効性だけでなく,空間的相関ノイズなどの複雑なノイズの影響に対するロバスト性も理解することが重要である。
まず、任意軸ツイストアンサーゼと呼ばれる新しいパラメタライズド符号化および復号化プロトコルを提案し、目標推定誤差を達成するのに必要な1軸ツイストの数を大幅に削減できることを示す。
さらに,これらの戦略に付随する推定誤差は,事前情報に制限がある未探索の制度においても,古典的(あるいは非ツイスト的)プロトコルよりも高速に,システムサイズで減少することを示した。
最後に, 多項式サイズのテンソルネットワークアルゴリズムを用いて, 群スピンの対称部分空間を超えて, 実測距離を数値的に解析し, 任意の軸のツイストアンサーゼに対して, 数個の1軸のツイストと, 実質的に関連する雑音レベルに対する全ツイスト角の小さい量子的優位性が持続することを示した。
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