論文の概要: Characterization and generation of a SQL-beating cat-like state through repetitive measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06829v2
- Date: Tue, 12 Aug 2025 05:31:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-13 21:07:34.10497
- Title: Characterization and generation of a SQL-beating cat-like state through repetitive measurements
- Title（参考訳）: 反復計測によるSQL-beating cat-like状態の特性と生成
- Authors: Mamiko Tatsuta, Yuichiro Matsuzaki, Hiroki Kuji, Ryusuke Hamazaki, Akira Shimizu,
- Abstract要約: ハイゼンベルク制限スケーリングは一般化された猫状態によって達成できる。
マクロコヒーレンスを示すインデックス$q$を用いて猫のような状態を特徴付ける。
我々の結果は、絡み合いの強い量子メートル法の実現の道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Sensitivity in metrology without entanglement is limited by standard quantum limit (SQL). Recent studies have found that the Heisenberg-limited scaling -- ultimate sensitivity in quantum metrology -- can be achieved by generalized cat states, characterized by an index that indicates coherence among macroscopically distinct states. Although generalized cat states include diverse states, encompassing classical mixtures of exponentially large numbers of states, the preparation of large generalized cat states has not been demonstrated yet. Here, we characterize SQL-beating cat-like states using the index $q$ indicating macroscopic coherence and prove that any state with $q>1.5$ has a potential to surpass the SQL when used as a sensor. We then propose a protocol to generate them through repetitive measurements on a quantum spin system of $N$ spins, which we call a spin ensemble. Starting from a thermal equilibrium state of the spin ensemble, we demonstrate that we can increase the coherence among the spin ensemble via repetitive weak measurements of its total magnetization, which is indirectly measured through an ancillary qubit collectively coupled to the ensemble. Notably, our method for creating the SQL-beating cat-like states requires no dynamical control over the spin ensemble. As a potential experimental realization, we discuss a hybrid system composed of a superconducting flux qubit and donor spins in silicon. Our results pave the way for the realization of entanglement-enhanced quantum metrology in state-of-the-art technology.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いのない距離論における感度は、標準量子極限(SQL)によって制限される。
近年の研究では、量子力学における究極の感度であるハイゼンベルク制限スケーリングは、一般化された猫の状態によって達成され、マクロ的に異なる状態間のコヒーレンスを示す指標によって特徴づけられている。
一般化された猫状態は多様な状態を含み、指数関数的に多くの状態の古典的な混合を含むが、大規模な一般化された猫状態の調製はまだ証明されていない。
ここでは、マクロコヒーレンスを示すインデックス$q$を用いてSQLビーティング猫様の状態を特徴付け、センサとして使用すると、$q>1.5$の任意の状態がSQLを超える可能性があることを示す。
次に、スピンアンサンブルと呼ばれる$N$スピンの量子スピン系の反復的な測定によってそれらを生成するためのプロトコルを提案する。
スピンアンサンブルの熱平衡状態から始めると、スピンアンサンブル間のコヒーレンスを高めることができることを示す。
特に,本手法ではスピンアンサンブルの動的制御は不要である。
実験的実現の可能性として,超伝導フラックス量子ビットとシリコン中のドナースピンからなるハイブリッドシステムについて論じる。
我々の結果は、最先端技術における絡み合いの強い量子メートル法の実現の道を開くものである。
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