論文の概要: Adaptive Phase Estimation with Squeezed Vacuum Approaching the Quantum Limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.07686v2
• Date: Mon, 16 Sep 2024 22:34:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-18 22:41:00.747006
• Title: Adaptive Phase Estimation with Squeezed Vacuum Approaching the Quantum Limit
• Title（参考訳）: 量子限界に近づくスクイーズ真空による適応位相推定
• Authors: M. A. Rodríguez-García, F. E. Becerra,
• Abstract要約: 位相推定はコミュニケーション、センシング、情報処理において中心的な役割を果たす。 圧縮状態のような量子相関状態は、ショットノイズ限界を超える位相推定を可能にする。 量子関連状態を用いた光位相推定のための最適量子測定の物理的実現は未だ分かっていない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Phase estimation plays a central role in communications, sensing, and information processing. Quantum correlated states, such as squeezed states, enable phase estimation beyond the shot-noise limit, and in principle approach the ultimate quantum limit in precision, when paired with optimal quantum measurements. However, physical realizations of optimal quantum measurements for optical phase estimation with quantum-correlated states are still unknown. Here we address this problem by introducing an adaptive Gaussian measurement strategy for optical phase estimation with squeezed vacuum states that, by construction, approaches the quantum limit in precision. This strategy builds from a comprehensive set of locally optimal POVMs through rotations and homodyne measurements and uses the Adaptive Quantum State Estimation framework for optimizing the adaptive measurement process, which, under certain regularity conditions, guarantees asymptotic optimality for this quantum parameter estimation problem. As a result, the adaptive phase estimation strategy based on locally-optimal homodyne measurements achieves the quantum limit within the phase interval of $[0, \pi/2)$. Furthermore, we generalize this strategy by including heterodyne measurements, enabling phase estimation across the full range of phases from $[0, \pi)$, where squeezed vacuum allows for unambiguous phase encoding. Remarkably, for this phase interval, which is the maximum range of phases that can be encoded in squeezed vacuum, this estimation strategy maintains an asymptotic quantum-optimal performance, representing a significant advancement in quantum metrology.
• Abstract（参考訳）: 位相推定はコミュニケーション、センシング、情報処理において中心的な役割を果たす。 圧縮状態のような量子相関状態は、ショットノイズ限界を超える位相推定を可能にし、原理的には最適な量子測定と組み合わせることで、精度の究極的な量子限界にアプローチする。 しかし、量子関連状態を用いた光位相推定のための最適量子測定の物理的実現は未だ分かっていない。 ここでは, 真空圧縮状態を用いた光位相推定のための適応型ガウス計測手法を導入することにより, 高精度に量子限界にアプローチする。 この戦略は、回転とホモダイン測定による局所最適POVMの包括的集合から構築され、適応量子状態推定フレームワークを用いて、一定の規則性条件下で、この量子パラメータ推定問題に対する漸近最適性を保証する適応量子状態推定プロセスの最適化を行う。 その結果、局所最適ホモダイン測定に基づく適応位相推定戦略は、[0, \pi/2)$の位相間隔内での量子限界を達成する。 さらに、この戦略をヘテロダイン測定を含むことで一般化し、圧縮真空により不明瞭な位相符号化が可能となる$[0, \pi)$から全位相の位相推定を可能にする。 注目すべきは、この位相間隔は、圧縮真空でエンコードできる位相の最大範囲であり、この推定戦略は漸近的な量子最適化性能を維持しており、量子メトロジーの大幅な進歩を示していることである。

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