論文の概要: Nonlinearity-enhanced quantum sensing in Stark probes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.10382v2
- Date: Fri, 10 Jan 2025 04:08:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-13 18:45:09.052282
- Title: Nonlinearity-enhanced quantum sensing in Stark probes
- Title（参考訳）: スタークプローブにおける非線形性による量子センシング
- Authors: Rozhin Yousefjani, Xingjian He, Angelo Carollo, Abolfazl Bayat,
- Abstract要約: 近年,多体系に線形勾配場を適用したスターク系が量子センシングのために提案されている。
我々は、勾配場の非線形形状を推定するために、単一粒子および多体相互作用系におけるスタークプローブのセンシング能力について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5999037208435705
- License:
- Abstract: Stark systems in which a linear gradient field is applied across a many-body system have recently been proposed for quantum sensing. Here, we explore sensing capacity of Stark probes, in both single-particle and many-body interacting systems, for estimating nonlinear forms of the gradient fields. Our analysis reveals that, this estimation can achieve super-Heisenberg scaling precision that grows linearly by increasing the nonlinearity. Specifically, we find a universal algebraic relation between the scaling of the precision and the degree of the nonlinearity. This universal behavior remains valid in both single-particle and many-body interacting probes and reflects itself in the properties of the phase transition from an extended to a localized phase, obtained through establishing a comprehensive finite-size scaling analysis. Considering a parabolic gradient potential composed of both linear and nonlinear fields, we used multi-parameter estimation methodology to estimate the components of the gradient potential. The phase diagram of the system is determined in terms of both linear and nonlinear gradient fields showing how the nonlocalized phase turns into a localized one as the Stark fields increase. The sensing precision of both linear and nonlinear Stark fields follows the same universal algebraic relation that was found for the case of single parameter sensing. We demonstrate that simple and experimentally available measurements can reach the theoretical precision bounds. Finally, we show that quantum enhanced sensitivity is still achievable even when we incorporate the preparation time of the probe into our resource analysis.
- Abstract（参考訳）: 近年,多体系に線形勾配場を適用したスターク系が量子センシングのために提案されている。
ここでは、勾配場の非線形形状を推定するために、単粒子および多体相互作用系におけるスタークプローブのセンシング能力について検討する。
解析の結果,非線形性を高めて線形に成長する超ハイゼンベルクスケーリング精度が得られた。
具体的には、精度のスケーリングと非線形性の度合いの間に普遍的な代数的関係を見出す。
この普遍的な振る舞いは、単一粒子と多体相互作用プローブの両方で有効であり、包括的有限サイズのスケーリング解析を確立することによって得られる、拡張された位相から局所的な位相への相転移の性質を反映している。
線形場と非線形場の両方からなる放物的勾配ポテンシャルを考慮し,多パラメータ推定法を用いて勾配ポテンシャルの成分を推定した。
系の位相図は、非線形勾配場と非線形勾配場の両方の観点から決定され、スターク場が増加するにつれて、非局在化位相が局在化することを示す。
線型および非線形スターク場のセンシング精度は、単一パラメータセンシングの場合と同じ普遍代数的関係に従う。
単純かつ実験的に利用可能な測定値が理論的精度境界に達することを実証する。
最後に、プローブの準備時間を資源分析に組み込んでも、量子増強感度は達成可能であることを示す。
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