論文の概要: Designing optimal protocols in Bayesian quantum parameter estimation with higher-order operations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.01513v2
- Date: Fri, 21 Jun 2024 15:45:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-24 20:17:56.961056
- Title: Designing optimal protocols in Bayesian quantum parameter estimation with higher-order operations
- Title（参考訳）: 高次演算を用いたベイズ量子パラメータ推定における最適プロトコルの設計
- Authors: Jessica Bavaresco, Patryk Lipka-Bartosik, Pavel Sekatski, Mohammad Mehboudi,
- Abstract要約: 量子センシングの主要な課題は、最適なプロトコル、すなわち最も正確なプロトコルを設計することである。
ここでは、プローブの最適初期状態を見つけることを目的として、単発ベイズ設定に焦点を当てる。
我々は高階演算の形式性を利用して、任意の精度で最適なプロトコルに近いプロトコルを見つける方法を開発した。
- 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: Using quantum systems as sensors or probes has been shown to greatly improve the precision of parameter estimation by exploiting unique quantum features such as entanglement. A major task in quantum sensing is to design the optimal protocol, i.e., the most precise one. It has been solved for some specific instances of the problem, but in general even numerical methods are not known. Here, we focus on the single-shot Bayesian setting, where the goal is to find the optimal initial state of the probe (which can be entangled with an auxiliary system), the optimal measurement, and the optimal estimator function. We leverage the formalism of higher-order operations to develop a method based on semidefinite programming that finds a protocol that is close to the optimal one with arbitrary precision. Crucially, our method is not restricted to any specific quantum evolution, cost function or prior distribution, and thus can be applied to any estimation problem. Moreover, it can be applied to both single or multiparameter estimation tasks. We demonstrate our method with three examples, consisting of unitary phase estimation, thermometry in a bosonic bath, and multiparameter estimation of an SU(2) transformation. Exploiting our methods, we extend several results from the literature. For example, in the thermometry case, we find the optimal protocol at any finite time and quantify the usefulness of entanglement.
- Abstract（参考訳）: センサやプローブとして量子システムを使用することで、絡み合いのようなユニークな量子的特徴を利用することで、パラメータ推定の精度を大幅に向上することが示されている。
量子センシングの主要な課題は、最適なプロトコル、すなわち最も正確なプロトコルを設計することである。
この問題の特定の事例については解決されていないが、一般には数値的な方法さえ分かっていない。
ここでは、プローブの最適初期状態(補助システムと絡み合うことができる)、最適測定、最適推定関数を見つけることを目標とする単発ベイズ設定に焦点を当てる。
我々は高階演算の定式化を利用して、任意の精度で最適値に近いプロトコルを見つける半定値プログラミングに基づく手法を開発する。
重要なことは、我々の手法は特定の量子進化、コスト関数、あるいは事前分布に限らず、任意の推定問題に適用できる。
また、単パラメータ推定にも多パラメータ推定にも適用できる。
本手法は, 単元相推定, ボゾン浴中の温度測定, SU(2)変換のマルチパラメータ推定の3つの例で実証した。
提案手法の展開により,文献からいくつかの結果が得られた。
例えば、温度測定の場合、任意の有限時間で最適なプロトコルを見つけ、絡み合いの有用性を定量化する。
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