論文の概要: Quantum magnetometry using discrete-time quantum walk

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.15801v2
• Date: Tue, 26 Mar 2024 18:39:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-28 22:33:12.728143
• Title: Quantum magnetometry using discrete-time quantum walk
• Title（参考訳）: 離散時間量子ウォークを用いた量子磁気計測
• Authors: Kunal Shukla, C. M. Chandrashekar,
• Abstract要約: 離散時間量子ウォーク(DTQW)を用いた量子磁気学の手法を提案する。 1次元格子上にDTQWを実装するスピンハーフ粒子の力学は磁場の影響を受ける。 位置とスピン測定を用いて磁場の強度を推定できることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.732919960807485
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum magnetometry uses quantum resources to measure magnetic fields with precision and accuracy that cannot be achieved by its classical counterparts. In this paper, we propose a scheme for quantum magnetometry using discrete-time quantum walk (DTQW) where multi-path interference plays a central role. The dynamics of a spin-half particle implementing DTQW on a one-dimensional lattice gets affected by magnetic fields, and the controlled dynamics of DTQW help in estimating the fields' strength. To gauge the effects of the field, we study the variance of the particle's position probability distribution (PD) and use it to determine the direction of the magnetic field maximally affecting the quantum walk. We then employ statistical tools like quantum Fisher information (QFI) and Fisher information (FI) of the particle's position and spin measurements to assess the system's sensitivity to the magnetic fields. We find that one can use the position and spin measurements to estimate the strengths of the magnetic fields. Calculations for an electron implementing quantum walk of fifty time steps show that the estimate had a root-mean-square error of the order of 0.1 picoTesla. Moreover, the sensitivity of our system can be tuned to measure any desired magnetic field. Our results indicate that the system can be used as a tool for optimal quantum magnetometry.
• Abstract（参考訳）: 量子磁気学は、古典的な磁場では達成できない精度と精度で磁場を測定するために量子資源を使用する。 本稿では,マルチパス干渉が中心となる離散時間量子ウォーク(DTQW)を用いた量子磁気学の手法を提案する。 1次元格子上にDTQWを実装するスピン半粒子のダイナミクスは磁場の影響を受け、DTQWの制御されたダイナミクスは磁場の強さを推定するのに役立つ。 磁場の影響を測るために、粒子の位置確率分布(PD)のばらつきを調べ、それを用いて、量子ウォークに最大影響を及ぼす磁場の方向を決定する。 次に、粒子の位置の量子フィッシャー情報(QFI)やフィッシャー情報(FI)などの統計ツールを使用し、磁場に対するシステムの感度を評価する。 位置とスピン測定を用いて磁場の強度を推定できることが判明した。 50の時間ステップで量子ウォークを行う電子の計算は、推定値が0.1ピコテスラのルート平均二乗誤差を持つことを示している。 さらに、所望の磁場を測定するために、システムの感度を調整できる。 以上の結果から,このシステムは最適量子磁気学のツールとして利用できることが示唆された。

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