論文の概要: Optimal and Variational Multi-Parameter Quantum Metrology and Vector Field Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.07785v1
• Date: Wed, 15 Feb 2023 17:12:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 14:21:02.195839
• Title: Optimal and Variational Multi-Parameter Quantum Metrology and Vector Field Sensing
• Title（参考訳）: 最適・変動多パラメータ量子メトロロジーとベクトル場センシング
• Authors: Raphael Kaubruegger, Athreya Shankar, Denis V. Vasilyev, Peter Zoller
• Abstract要約: 量子干渉計$SU(2)$に対するベイズフレームワーク内の2次元および3次元ベクトル場のマルチパラメータセンシングについて検討した。 エンタングルメント能力に制限があるセンサを提示するが、エンタングルメントなしで作動するセンサーは著しく優れていた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We study multi-parameter sensing of 2D and 3D vector fields within the Bayesian framework for $SU(2)$ quantum interferometry. We establish a method to determine the optimal quantum sensor, which establishes the fundamental limit on the precision of simultaneously estimating multiple parameters with an $N$-atom sensor. Keeping current experimental platforms in mind, we present sensors that have limited entanglement capabilities, and yet, significantly outperform sensors that operate without entanglement and approach the optimal quantum sensor in terms of performance. Furthermore, we show how these sensors can be implemented on current programmable quantum sensors with variational quantum circuits by minimizing a metrological cost function. The resulting circuits prepare tailored entangled states and perform measurements in an appropriate entangled basis to realize the best possible quantum sensor given the native entangling resources available on a given sensor platform. Notable examples include a 2D and 3D quantum ``compass'' and a 2D sensor that provides a scalable improvement over unentangled sensors. Our results on optimal and variational multi-parameter quantum metrology are useful for advancing precision measurements in fundamental science and ensuring the stability of quantum computers, which can be achieved through the incorporation of optimal quantum sensors in a quantum feedback loop.
• Abstract（参考訳）: su(2)$量子干渉法のためにベイズフレームワーク内の2次元および3次元ベクトル場のマルチパラメータセンシングについて検討した。 我々は,複数のパラメータを同時に推定する精度の基本的な限界を$N$-atomセンサーで決定する,最適量子センサを決定する方法を確立する。 現在の実験プラットフォームを念頭に置いて、絡み合い能力に乏しいセンサを提示すると同時に、絡み合いなく動作するセンサを著しく上回り、性能面で最適な量子センサに接近する。 さらに,これらのセンサを,量子回路の変動を考慮した現在のプログラム可能な量子センサに実装する方法を示す。 得られた回路は、所定のセンサプラットフォームで利用可能なネイティブな絡み合いリソースが与えられた場合に、最適な量子センサを実現するために、調整された絡み合い状態を作成し、適切な絡み合いベースで測定を行う。 注目すべき例としては、2dおよび3d量子 ``compass'' と2dセンサーがあり、アンエンタングルセンサよりもスケーラブルな改善を提供する。 最適および変分多パラメータ量子メトロロジーの結果は、基礎科学における精度測定の進歩と量子コンピュータの安定性の確保に有用であり、量子フィードバックループにおける最適な量子センサの導入によって実現可能である。

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