論文の概要: Simultaneous Measurement of Multiple Incompatible Observables and Tradeoff in Multiparameter Quantum Estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.11925v2
- Date: Tue, 08 Oct 2024 02:39:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-10 16:16:29.790581
- Title: Simultaneous Measurement of Multiple Incompatible Observables and Tradeoff in Multiparameter Quantum Estimation
- Title（参考訳）: 多パラメータ量子推定における多重不整合可観測値とトレードオフの同時測定
- Authors: Hongzhen Chen, Lingna Wang, Haidong Yuan,
- Abstract要約: 任意の有限個の観測値の実装を1つの測定値で研究する枠組みを提供する。
我々の研究は、複数の非可換オブザーバブルを含む量子情報科学における様々なタスクを最適化する方法を開拓する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0104586293349587
- License:
- Abstract: How well can multiple incompatible observables be implemented by a single measurement? This is a fundamental problem in quantum mechanics with wide implications for the performance optimization of numerous tasks in quantum information science. While existing studies have been mostly focusing on the approximation of two observables with a single measurement, in practice multiple observables are often encountered, for which the errors of the approximations are little understood. Here we provide a framework to study the implementation of an arbitrary finite number of observables with a single measurement. Our methodology yields novel analytical bounds on the errors of these implementations, significantly advancing our understanding of this fundamental problem. Additionally, we introduce a more stringent bound utilizing semi-definite programming that, in the context of two observables, generates an analytical bound tighter than previously known bounds. The derived bounds have direct applications in assessing the trade-off between the precision of estimating multiple parameters in quantum metrology, an area with crucial theoretical and practical implications. To validate the validity of our findings, we conducted experimental verification using a superconducting quantum processor. This experimental validation not only confirms the theoretical results but also effectively bridges the gap between the derived bounds and empirical data obtained from real-world experiments. Our work paves the way for optimizing various tasks in quantum information science that involve multiple noncommutative observables.
- Abstract（参考訳）: 単一の測定によって、複数の非互換なオブザーバブルをどの程度うまく実装できるか?
これは量子力学における基本的な問題であり、量子情報科学における多数のタスクのパフォーマンス最適化に幅広い意味を持つ。
既存の研究は主に2つの観測可能な天体を1つの測定で近似することに焦点を当てているが、実際には複数の観測可能な天体がしばしば遭遇し、近似の誤りはほとんど理解されていない。
ここでは、任意の有限個の観測値の実装を単一の測定で研究する枠組みを提供する。
提案手法は,これらの実装の誤りの新たな解析的境界を導出し,この根本的な問題に対する理解を著しく前進させる。
さらに、半定値プログラミングを利用したより厳密な有界関数を導入し、2つの可観測変数の文脈において、既知の有界値よりも厳密な解析的有界関数を生成する。
導出境界は、量子距離論において複数のパラメータを推定する精度と、決定的な理論的および実践的な意味を持つ領域の間のトレードオフを評価する直接的な応用を持つ。
本研究の妥当性を検証するため,超伝導量子プロセッサを用いた実験的検証を行った。
この実験検証は理論結果を確認するだけでなく、実世界の実験から得られた実験データと導出した境界の間のギャップを効果的に橋渡しする。
我々の研究は、複数の非可換オブザーバブルを含む量子情報科学における様々なタスクを最適化する方法を開拓する。
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