論文の概要: Globally optimal interferometry with lossy twin Fock probes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.05871v2
- Date: Wed, 15 May 2024 21:27:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-17 19:34:02.899880
- Title: Globally optimal interferometry with lossy twin Fock probes
- Title（参考訳）: 損失双対フォックプローブを用いた大域的最適干渉計測
- Authors: T. J. Volkoff, Changhyun Ryu,
- Abstract要約: 2つの二次スピンオブザーバ$J_z2$と$J_+2+J_-2$のモーメント読み出し法がディック状態プローブに対して大域的に最適であることを示す。
損失条件では、粒子損失が双子のフォック状態に与える影響を記述する時間的不均一マルコフ過程を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Parity or quadratic spin (e.g., $J_{z}^{2}$) readouts of a Mach-Zehnder (MZ) interferometer probed with a twin Fock input state allow to saturate the optimal sensitivity attainable among all mode-separable states with a fixed total number of particles, but only when the interferometer phase $\theta$ is near zero. When more general Dicke state probes are used, the parity readout saturates the quantum Fisher information (QFI) at $\theta=0$, whereas better-than-standard quantum limit performance of the $J_{z}^{2}$ readout is restricted to an $o(\sqrt{N})$ occupation imbalance. We show that a method of moments readout of two quadratic spin observables $J_{z}^{2}$ and $J_{+}^{2}+J_{-}^{2}$ is globally optimal for Dicke state probes, i.e., the error saturates the QFI for all $\theta$. In the lossy setting, we derive the time-inhomogeneous Markov process describing the effect of particle loss on twin Fock states, showing that method of moments readout of four at-most-quadratic spin observables is sufficient for globally optimal estimation of $\theta$ when two or more particles are lost. The analysis culminates in a numerical calculation of the QFI matrix for distributed MZ interferometry on the four mode state $\vert {N\over 4},{N\over 4},{N\over 4},{N\over 4}\rangle$ and its lossy counterparts, showing that an advantage for estimation of any linear function of the local MZ phases $\theta_{1}$, $\theta_{2}$ (compared to independent probing of the MZ phases by two copies of $\vert {N\over 4},{N\over 4}\rangle$) appears when more than one particle is lost.
- Abstract（参考訳）: パリティあるいは二次スピン(例えば$J_{z}^{2}$)は、双対のフォック入力状態で探索されたマッハ・ツェンダー(MZ)干渉計の読み出しであり、任意のモード分離可能な全ての状態の最適感度を一定数の粒子で飽和させるが、干渉計位相 $\theta$ が 0 に近い場合のみである。
より一般的なディック状態プローブを使用すると、パリティ読み出しは量子フィッシャー情報(QFI)を$\theta=0$で飽和させ、一方、$J_{z}^{2}$読み出しの性能は$o(\sqrt{N})$占有不均衡に制限される。
2つの二次スピンオブザーバ$J_{z}^{2}$と$J_{z}^{2}+J_{-}^{2}$のモーメントの読み出し方法がディック状態プローブに対して大域的に最適であること、すなわち、誤差がすべての$\theta$に対してQFIを飽和させることを示す。
損失条件では,2つ以上の粒子が失われる場合,最大4つのスピンオブザーバブルのモーメント読み出し法は,最大で$\theta$の最適推定に十分であることを示す。
この分析は、四モード状態 $\vert {N\over 4},{N\over 4},{N\over 4}\rangle$,{N\over 4}\rangle$ の分散MZインターフェロメトリに対する QFI 行列の数値計算において決定され、局所的なMZ 相の線型関数 $\theta_{1}$, $\theta_{2}$ (MZ 相の独立プロブリングを $\vert {N\over 4},{N\over 4}\rangle$ の2コピーで比較すると、複数の粒子が失われたときに現れる。
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