論文の概要: Generating a 4-photon Tetrahedron State: Towards Simultaneous Super-sensitivity to Non-commuting Rotations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.17150v1
• Date: Thu, 26 Oct 2023 04:49:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-27 22:15:17.902208
• Title: Generating a 4-photon Tetrahedron State: Towards Simultaneous Super-sensitivity to Non-commuting Rotations
• Title（参考訳）: 4光子テトラエドロン状態の生成:非交互回転に対する同時超感度を目指して
• Authors: Hugo Ferretti, Y. Batuhan Yilmaz, Kent Bonsma-Fisher, Aaron Z. Goldberg, Noah Lupu-Gladstein, Arthur O. T. Pang, Lee A. Rozema, Aephraim M. Steinberg
• Abstract要約: 観測可能な状態に対する量子状態の超感度は、他の非可換観測可能な状態に対する感度の低下によって生じると考えられている。 この誤解は、コンパス状態、すなわち量子状態が位置と運動量の変位に対して等しく超敏感であることによって解消された。 N00N状態は回転軸に整列している限り、古典的な方法よりも有利であることが知られている。
• 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: It is often thought that the super-sensitivity of a quantum state to an observable comes at the cost of a decreased sensitivity to other non-commuting observables. For example, a squeezed state squeezed in position quadrature is super-sensitive to position displacements, but very insensitive to momentum displacements. This misconception was cleared with the introduction of the compass state, a quantum state equally super-sensitive to displacements in position and momentum. When looking at quantum states used to measure spin rotations, N00N states are known to be more advantageous than classical methods as long as they are aligned to the rotation axis. When considering the estimation of a rotation with unknown direction and amplitude, a certain class of states stands out with interesting properties. These states are equally sensitive to rotations around any axis, are second-order unpolarized, and can possess the rotational properties of platonic solids in particular dimensions. Importantly, these states are optimal for simultaneously estimating the three parameters describing a rotation. In the asymptotic limit, estimating all d parameters describing a transformation simultaneously rather than sequentially can lead to a reduction of the appropriately-weighted sum of the measured parameters' variances by a factor of d. We report the experimental creation and characterization of the lowest-dimensional such state, which we call the "tetrahedron state" due to its tetrahedral symmetry. This tetrahedron state is created in the symmetric subspace of four optical photons' polarization in a single spatial and temporal mode, which behaves as a spin-2 particle. While imperfections due to the hardware limit the performance of our method, we argue that better technology can improve our method to the point of outperforming any other existing strategy in per-photon comparisons.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の可観測性に対する超感度は、他の非可換可観測性に対する感度が低下するコストで生じるとしばしば考えられている。 例えば、位置二次で絞られた圧縮状態は位置変位に過敏であるが、運動量変位には非常に敏感である。 この誤解はコンパス状態(位置と運動量の変化に等しく超敏感な量子状態)の導入によって解消された。 スピン回転の測定に用いられる量子状態を見ると、n00n状態は回転軸に整列している限り、古典的な方法よりも有利であることが知られている。 未知の方向と振幅で回転を推定することを考えると、ある種類の状態が興味深い性質で際立っている。 これらの状態は、任意の軸まわりの回転に等しく敏感であり、二階非分極であり、特定の次元におけるプラトン固体の回転特性を持つことができる。 重要なことに、これらの状態は回転を記述する3つのパラメータを同時に推定するのに最適である。 漸近極限では、逐次的ではなく同時に変換を記述するすべてのdパラメータを推定することで、測定パラメータの分散の適切な重み付け和をdの係数で減少させることができる。 四面体対称性により「テトラメドロン状態」と呼ばれる、最低次元のそのような状態の実験的生成と特性について報告する。 この四面体状態は、スピン2粒子として振る舞う1つの空間および時間モードで4つの光子の偏光の対称部分空間で生成される。 ハードウェアによる不完全性は我々の手法の性能を制限しますが、より優れた技術は、光子間比較において既存の戦略よりも優れている点まで、我々の手法を改善することができると論じます。

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