論文の概要: Improving Metrology with Quantum Scrambling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.13880v1
- Date: Sat, 24 Dec 2022 20:00:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 06:30:35.716926
- Title: Improving Metrology with Quantum Scrambling
- Title（参考訳）: 量子スクランブルによるmetrologyの改善
- Authors: Zeyang Li, Simone Colombo, Chi Shu, Gustavo Velez, Sa\'ul
Pilatowsky-Cameo, Roman Schmied, Soonwon Choi, Mikhail Lukin, Edwin
Pedrozo-Pe\~nafiel, Vladan Vuleti\'c
- Abstract要約: 量子スクランブル(Quantum scrambling)は、多体量子系の多くの自由度に量子情報の高速な拡散を記述する。
我々は,Lipkin-Meshkov-Glick (LMG)多体ハミルトニアンの指数的揺らぎ特性を探索する。
我々の実験は、制御されたテーブルトップ実験における量子カオスとスクランブルの研究への道を開いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.520082039162174
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum scrambling describes the fast spreading of quantum information into
many degrees of freedom of a many-body quantum system. This concept embraces
many apparently unconnected phenomena such as the thermalization of closed
quantum systems, the growth of entanglement, and the black-hole information
paradox. The fastest scramblers disperse the information exponentially quickly
into the system's degrees of freedom. Out-of-time-order correlators (OTOCs)
have been invented as a mean to characterize quantum scrambling. To
experimentally probe OTOCs, it is necessary to reverse the sign of the
many-body Hamiltonian, effectively evolving the system backwards in time, a
technique that has also been shown as powerful for entanglement-enhanced
metrology. However, despite experimental progress, to date no exponentially
fast scrambling of quantum information has been experimentally demonstrated.
Here we probe the exponential scrambling nature of the Lipkin-Meshkov-Glick
(LMG) many-body Hamiltonian. We measure an exponentially growing OTOC;
moreover, we elucidate and experimentally validate the close conceptual
relation between quantum information scrambling and quantum-enhanced metrology.
Our experiment paves the way to the investigation of quantum chaos and
scrambling in controlled tabletop experiments. Moreover, we demonstrate that
entanglement-enhanced quantum metrology can be performed with general
fast-scrambling Hamiltonians capable of generating entanglement exponentially
quickly.
- Abstract（参考訳）: 量子スクランブル(quantum scrambling)は、量子情報の多体量子系の自由度への高速拡散を記述する。
この概念は、閉量子系の熱化、絡み合いの成長、ブラックホール情報パラドックスなど、明らかに無関係な多くの現象を取り入れている。
最速のスクランブラーは、情報を指数関数的にシステムの自由度に分散する。
out-of-time-order correlator (otocs) は量子スクランブルを特徴付ける手段として発明された。
OTOCを実験的に探究するには、多体ハミルトニアンの符号を逆転させ、時間とともにシステムを後方に効果的に進化させる必要がある。
しかし、実験の進展にもかかわらず、量子情報の指数関数的に高速にスクランブルする実験は行われていない。
ここでは、リプキン・メシュコフ・グリック(lmg)多体ハミルトンの指数的スクランブルの性質を調べる。
我々は、指数的に増加するOTOCを測定し、量子情報スクランブルと量子エンハンスドメトロジーの密接な概念的関係を解明し、実験的に検証する。
我々の実験は、制御テーブルトップ実験における量子カオスとスクランブルの研究への道を開いた。
さらに、エンタングルメントエンハンスド量子メトロロジーは、指数関数的にエンタングルメントを生成できる一般の高速スクランブルハミルトニアンで実行可能であることを実証する。
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