論文の概要: Exploring the Accuracy of Interferometric Quantum Measurements under Conservation Laws

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.12910v2
• Date: Thu, 19 Dec 2024 17:21:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-20 13:27:15.145870
• Title: Exploring the Accuracy of Interferometric Quantum Measurements under Conservation Laws
• Title（参考訳）: 保存法における干渉量子計測の正確性を探る
• Authors: Nicolò Piccione, Maria Maffei, Andrew N. Jordan, Kater W. Murch, Alexia Auffèves,
• Abstract要約: Wigner-Araki-Yanase定理とその一般化は測定誤差(大沢境界)に基づいて下界を予測する 測定誤差である$varepsilon$は、測定された可観測物の非定常性質とどのように関連しているかを示す。 本研究は,量子技術における最適資源管理に重要な実践的結果をもたらすものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: A (target) quantum system is often measured through observations performed on a second (meter) system to which the target is coupled. In the presence of global conservation laws holding on the joint meter-target system, the Wigner-Araki-Yanase theorem and its generalizations predict a lower-bound on the measurement's error (Ozawa's bound). While practically negligible for macroscopic meters, it becomes relevant for microscopic ones. Here, we propose a simple interferometric setup, arguably within reach of present technology, in which a flying particle (a microscopic quantum meter) is used to measure a qubit by interacting with it in one arm of the interferometer. In this scenario, the globally conserved quantity is the total energy of particle and qubit. We show how the measurement error, $\varepsilon$, is linked to the non-stationary nature of the measured observable and the finite duration of the target-meter interaction while Ozawa's bound, $\varepsilon_{\mathrm B}$, only depends on the momentum uncertainty of the meter's wavepacket. When considering short wavepackets with respect to the evolution time of the qubit, we show that $\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B}$ is strictly tied to the position-momentum uncertainty of the meter's wavepacket and $\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B} \rightarrow 1$ only when employing Gaussian wavepackets. On the contrary, long wavepackets of any shape lead to $\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B} \rightarrow \sqrt{2}$. In addition to their fundamental relevance, our findings have important practical consequences for optimal resource management in quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: ターゲット量子系は、標的が結合される第2(メートル)系で実行される観察を通してしばしば測定される。 連星系に係わる地球環境保全法の存在下では、ウィグナー・アラキ・ヤネーゼの定理とその一般化は測定誤差(大沢境界)に基づいて下界を予測する。 マクロな測定では事実上無視できるが、顕微鏡的な測定では関係がある。 そこで本研究では,空飛ぶ粒子(微視的量子量計)を用いて,干渉計の片腕で量子ビットを計測する簡単な干渉計構成を提案する。 このシナリオでは、大域的に保存される量は、粒子と量子ビットの総エネルギーである。 測定誤差である $\varepsilon$ が測定可能な観測値の非定常的性質とターゲットメータ相互作用の有限時間にどのように関連しているかを示す一方、大沢の有界である $\varepsilon_{\mathrm B}$ は測定値の波束の運動量不確実性にのみ依存する。 量子ビットの進化時間に関して短い波束を考えると、$\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B}$はメートルの波束の位置-運動の不確実性に厳密に結びついており、$\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B} \rightarrow 1 はガウス波束を用いるときのみ1 ドルであることを示す。 逆に、任意の形の長い波束は$\varepsilon/\varepsilon_{\mathrm B} \rightarrow \sqrt{2}$となる。 本研究は,本研究の基本的な意義に加えて,量子技術における最適資源管理に重要な実践的結果をもたらすものである。

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