論文の概要: Distributed quantum multiparameter estimation with optimal local measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.18404v1
- Date: Tue, 28 May 2024 17:45:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-29 17:20:57.775642
- Title: Distributed quantum multiparameter estimation with optimal local measurements
- Title（参考訳）: 最適局所測定による分散量子マルチパラメータ推定
- Authors: Luca Pezzè, Augusto Smerzi,
- Abstract要約: 空間分布型マッハ・ツェンダー干渉計(MZI)のアレイを用いたセンサについて検討する。
それぞれのMZIで独立に行う局所測定は、量子クラム・ラオ境界を飽和させる感度を与えるのに十分であることを示す。
我々は、$d$独立干渉計は、絡み合ったプロトコルと同じ感度を達成できるが、$d$非古典的状態を使用するコストがかかることを見出した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We study the multiparameter sensitivity bounds of a sensor made by an array of $d$ spatially-distributed Mach-Zehnder interferometers (MZIs). A generic single non-classical state is mixed with $d-1$ vacuums to create a $d$-modes entangled state, each mode entering one input port of a MZI, while a coherent state enters its second port. We show that local measurements, independently performed on each MZI, are sufficient to provide a sensitivity saturating the quantum Cram\'er-Rao bound. The sensor can overcome the shot noise limit for the estimation of arbitrary linear combinations of the $d$ phase shifts, provided that the non-classical probe state has an anti-squeezed quadrature variance. We compare the sensitivity bounds of this sensor with that achievable with $d$ independent MZIs, each probed with a nonclassical state and a coherent state. We find that the $d$ independent interferometers can achieve the same sensitivity of the entangled protocol but at the cost of using additional $d$ non-classical states rather than a single one. When using in the two protocols the same average number of particles per shot $\bar{n}_T$, we find analytically a sensitivity scaling $1/\bar{n}_T^2$ for the entangled case which provides a gain factor $d$ with respect to the separable case where the sensitivity scales as $d/\bar{n}_T^2$. We have numerical evidences that the gain factor $d$ is also obtained when fixing the total average number of particles, namely when optimizing with respect to the number of repeated measurements.
- Abstract（参考訳）: 空間分布型マッハ・ツェンダー干渉計(MZIs)によるセンサのマルチパラメータ感度境界について検討した。
一般的な単一の古典的でない状態は、$d-1$真空と混合して$d$-modes 絡み合った状態を生成し、各モードはMZIの入力ポートに入るが、コヒーレント状態はその第2ポートに入る。
それぞれのMZI上で独立に行う局所的な測定は、量子Cram\'er-Rao境界を飽和させる感度を与えるのに十分であることを示す。
センサは、古典的でないプローブ状態が逆2次分散を有することを条件として、$d$位相シフトの任意の線形結合を推定するためのショットノイズ限界を克服することができる。
このセンサの感度境界を$d$の独立MZIと比較し、それぞれが非古典的状態とコヒーレントな状態で探索する。
我々は、$d$独立干渉計は、絡み合ったプロトコルの同じ感度を実現することができるが、1つではなく、$d$非古典的状態を使用するコストがかかることを見出した。
2つのプロトコルにおいて、ショット当たりの平均粒子数が$\bar{n}_T$と同じである場合、感度が$d/\bar{n}_T^2$となる分離可能なケースに対して、利得係数が$d$となるエンタングルドケースに対して、分析的に1/\bar{n}_T^2$をスケーリングする。
粒子の総平均数,すなわち繰り返し測定数に関して最適化する場合に,ゲイン係数$d$も得られるという数値的な証拠がある。
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