論文の概要: Limits of noisy quantum metrology with restricted quantum controls

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.18765v2
• Date: Tue, 22 Oct 2024 15:31:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-23 14:24:53.348595
• Title: Limits of noisy quantum metrology with restricted quantum controls
• Title（参考訳）: 制限量子制御をもつ雑音量子メトロジーの極限
• Authors: Sisi Zhou,
• Abstract要約: ハイゼンベルク極限 (HL) と標準量子極限 (propto 1/sqrtn$) は、未知のパラメータを量子チャネルの$n$コピーで推定する基本的な極限である。 しかし、QECが利用できない場合に制限量子デバイスでこれらの制限が達成可能であるかどうかは不明である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The Heisenberg limit (HL, with estimation error scales as $1/n$) and the standard quantum limit (SQL, $\propto 1/\sqrt{n}$) are two fundamental limits in estimating an unknown parameter in $n$ copies of quantum channels and are achievable with full quantum controls, e.g., quantum error correction (QEC). It is unknown though, whether these limits are still achievable in restricted quantum devices when QEC is unavailable, e.g., with only unitary controls or bounded system sizes. In this Letter, we discover various new limits for estimating qubit channels under restrictive controls. The HL is shown to be unachievable in various cases, indicating the necessity of QEC in achieving the HL. Furthermore, a necessary and sufficient condition to achieve the SQL is determined, where a single-qubit unitary control protocol is identified to achieve the SQL for certain types of noisy channels, and for other cases a constant floor on the estimation error is proven. A practical example of the unitary protocol is provided.
• Abstract（参考訳）: ハイゼンベルク極限(英: Heisenberg limit, HL, with Estimation error scales as $1/n$)と標準量子極限(SQL, $\propto 1/\sqrt{n}$)は、未知のパラメータを量子チャネルの$n$コピーで推定する2つの基本的な極限であり、量子制御、例えば量子エラー補正(QEC)によって達成できる。 しかし、QECが利用できない場合、例えばユニタリ制御や境界系のサイズしか持たない場合、制限量子デバイスでこれらの制限が達成できるかどうかは不明である。 このレターでは、制限的な制御の下でキュービットチャネルを推定するための様々な新しい制限を発見できる。 HLは様々なケースで達成不可能であることが示され、HLを達成する上でQECの必要性が示唆された。 さらに、特定の種類のノイズチャネルに対してSQLを達成するために、単一キュービットのユニタリ制御プロトコルを識別する必要十分条件が決定され、それ以外の場合、推定誤差の一定フロアが証明される。 ユニタリプロトコルの実用的な例が提供される。

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