論文の概要: Universal shot-noise limit for quantum metrology with local Hamiltonians

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.03696v1
• Date: Mon, 7 Aug 2023 16:13:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-08 12:54:53.622096
• Title: Universal shot-noise limit for quantum metrology with local Hamiltonians
• Title（参考訳）: 局所ハミルトニアンの量子論における普遍的ショットノイズ極限
• Authors: Hai-Long Shi, Xi-Wen Guan, and Jing Yang
• Abstract要約: 我々は量子フィッシャー情報の成長に普遍的で基本的な境界を導出する。 局所的に相互作用する量子系において、常にショットノイズ限界を超える精度は証明できない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3058787297835686
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum many-body interactions can induce quantum entanglement among particles, rendering them valuable resources for quantum-enhanced sensing. In this work, we derive a universal and fundamental bound for the growth of the quantum Fisher information. We apply our bound to the metrological protocol requiring only separable initial states, which can be readily prepared in experiments. By establishing a link between our bound and the Lieb-Robinson bound, which characterizes the operator growth in locally interacting quantum many-body systems, we prove that the precision cannot surpass the shot noise limit at all times in locally interacting quantum systems. This conclusion also holds for an initial state that is the non-degenerate ground state of a local and gapped Hamiltonian. These findings strongly hint that when one can only prepare separable initial states, nonlocal and long-range interactions are essential resources for surpassing the shot noise limit. This observation is confirmed through numerical analysis on the long-range Ising model. Our results bridge the field of many-body quantum sensing and operator growth in many-body quantum systems and open the possibility to investigate the interplay between quantum sensing and control, many-body physics and information scrambling
• Abstract（参考訳）: 量子多体相互作用は粒子間の量子絡み合いを誘発し、量子エンハンスセンシングの貴重な資源となる。 本研究は,量子フィッシャー情報の成長のための普遍的かつ基本的境界を導出する。 我々は分離可能な初期状態のみを必要とするメトロロジープロトコルにバウンドを適用し、実験で容易に準備できる。 局所的に相互作用する量子多体系における作用素成長を特徴付けるリーブ・ロビンソン境界と境界の関係を確立することにより、局所的に相互作用する量子系において常にショットノイズ限界を超える精度は証明できない。 この結論はまた、局所かつギャップ付きハミルトニアンの非退化基底状態である初期状態についても主張する。 これらの知見は、分離可能な初期状態しか準備できない場合、非局所的および長距離的相互作用がショットノイズ限界を超えるための必須資源であることを強く示唆している。 この観測は長距離イジングモデルの数値解析によって確認される。 本研究は,多体量子システムにおける多体量子センシングと演算子成長の場を橋渡し,量子センシングと制御,多体物理と情報スクランブルの相互作用を解明する可能性を開く。

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