論文の概要: Achieving Heisenberg scaling by probe-ancilla interaction in quantum metrology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.16880v1
• Date: Tue, 23 Jul 2024 23:11:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-25 15:12:43.226266
• Title: Achieving Heisenberg scaling by probe-ancilla interaction in quantum metrology
• Title（参考訳）: 量子気象学におけるプローブ・アンシラ相互作用によるハイゼンベルクスケーリングの実現
• Authors: Jingyi Fan, Shengshi Pang,
• Abstract要約: ハイゼンベルクスケーリング(Heisenberg Scaling)は、量子力学の原理によって許容されるパラメータ推定の最終的な精度限界である。 また, プローブと補助システムとの相互作用により, パラメータ推定の精度が向上し, 標準量子限界を超える可能性が示唆された。 このプロトコルの特徴は, (i) ハイゼンベルクスケーリングはプローブの積状態によって達成でき, (ii) アンシラ上の局所的な測定だけで十分である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The Heisenberg scaling is an ultimate precision limit of parameter estimation allowed by the principles of quantum mechanics, with no counterpart in the classical realm, and has been a long-pursued goal in quantum metrology. It has been known that interactions between the probes can help reach the Heisenberg scaling without entanglement. In this work, we show that interactions between the probes and the additional dimensions of an ancillary system may also increase the precision of parameter estimation to surpass the standard quantum limit and attain the Heisenberg scaling without entanglement, if the measurement scheme is properly designed. The quantum Fisher information exhibits periodic patterns over the evolution time, implying the existence of optimal time points for measurements that can maximize the quantum Fisher information. By implementing optimizations over the Hamiltonian, the initial states of the probes and the ancillary system, the interaction strength and the time points for measurements, our protocol achieves the Heisenberg scaling for the parameter of the probe Hamiltonian, in terms of both evolution time and probe number. Our protocol features in two aspects: (i) the Heisenberg scaling can be achieved by a product state of the probes, (ii) mere local measurement on the ancilla is sufficient, both of which reduce the quantum resources and the implementation complexity to achieve the Heisenberg scaling.
• Abstract（参考訳）: ハイゼンベルクスケーリング(英: Heisenberg Scaling)は、量子力学の原理によって許容されるパラメータ推定の究極的な精度限界であり、古典的な領域にはない。 プローブ間の相互作用は、絡み合わずにハイゼンベルクスケーリングに到達するのに役立つことが知られている。 本研究は,プローブと補助システムの付加次元との相互作用により,パラメータ推定の精度を向上し,標準量子限界を超越し,測定スキームが適切に設計されている場合,エンタングルメントを伴わないハイゼンベルクスケーリングを実現することができることを示す。 量子フィッシャー情報は進化時間の周期的なパターンを示し、量子フィッシャー情報を最大化できる測定のための最適な時間点の存在を示唆している。 本プロトコルでは,ハミルトニアンのパラメータに対するハイゼンベルクスケーリングを,進化時間とプローブ数の両方の観点から実現している。 私たちのプロトコルには2つの側面があります。 i) ハイゼンベルクスケーリングはプローブの積状態によって達成できる。 (II) 単にアシラの局所的な測定だけで十分であり、どちらもハイゼンベルクスケーリングを達成するために量子資源と実装の複雑さを減少させる。

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