論文の概要: Quantum metrology enhanced by the $XY$ spin interaction in a generalized Tavis-Cummings model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.16166v3
- Date: Tue, 9 Apr 2024 05:13:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-10 20:26:21.688766
- Title: Quantum metrology enhanced by the $XY$ spin interaction in a generalized Tavis-Cummings model
- Title（参考訳）: 一般化されたTavis-Cummingsモデルにおける$XY$スピン相互作用によって強化された量子メロロジー
- Authors: Yuguo Su, Wangjun Lu, Hai-Long Shi,
- Abstract要約: 量子フィッシャー情報(QFI)による推定精度に及ぼす多体効果の影響について検討する。
ハイゼンベルクスケーリング精度を達成する上でスピン異方性は不可欠である。
- 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 is recognized for its capability to offer high-precision estimation by utilizing quantum resources, such as quantum entanglement. Here, we propose a generalized Tavis-Cummings model by introducing the $XY$ spin interaction to explore the impact of the many-body effect on estimation precision, quantified by the quantum Fisher information (QFI). By deriving the effective description of our model, we establish a closed relationship between the QFI and the spin fluctuation induced by the $XY$ spin interaction. Based on this exact relation, we emphasize the indispensable role of the spin anisotropy in achieving the Heisenberg-scaling precision for estimating a weak magnetic field. Furthermore, we observe that the estimation precision can be enhanced by increasing the strength of the spin anisotropy. We also reveal a clear scaling transition of the QFI in the Tavis-Cummings model with the reduced Ising interaction. Our results contribute to the enrichment of metrology theory by considering many-body effects, and they also present an alternative approach to improving the estimation precision by harnessing the power provided by many-body quantum phases.
- Abstract（参考訳）: 量子計量学は、量子絡み合いなどの量子資源を利用して高精度な推定を行う能力があることが知られている。
本稿では、量子フィッシャー情報(QFI)によって定量化された多体効果が推定精度に与える影響を探索するために、XY$スピン相互作用を導入し、一般化されたTavis-Cummingsモデルを提案する。
モデルの有効性を導出することにより、QFIとスピン相互作用によって引き起こされるスピンゆらぎとの密接な関係を確立する。
この正確な関係に基づき、弱い磁場を推定するハイゼンベルクスケーリング精度を達成する上でのスピン異方性の重要性を強調した。
さらに, スピン異方性の強度を増大させることにより, 推定精度を向上させることができることを示した。
また,Ising相互作用を低減したTavis-Cummingsモデルにおいて,QFIのスケーリング遷移を明らかにした。
本研究は,多体効果を考慮したメロロジー理論の充実に寄与し,また,多体量子位相による電力利用による推定精度の向上にも寄与する。
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