論文の概要: Beating the Ramsey limit on sensing with deterministic qubit control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.15926v1
- Date: Wed, 28 Aug 2024 16:40:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-29 15:21:26.811597
- Title: Beating the Ramsey limit on sensing with deterministic qubit control
- Title（参考訳）: 決定論的量子ビット制御によるラムゼー限界の解法
- Authors: M. O. Hecht, Kumar Saurav, Evangelos Vlachos, Daniel A. Lidar, Eli M. Levenson-Falk,
- Abstract要約: 本稿では,デコヒーレンスの存在下でのキュービットの周波数測定の感度を高めるためのプロトコルを提案する。
我々は, 超伝導量子ビット上でのプロトコルの実証を行い, 1.65$times$でSNR, 1.09$times$でSNRを向上した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.596249232904721
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensors promise revolutionary advances in medical imaging, energy production, mass detection, geodesy, foundational physics research, and a host of other fields. In many sensors, the signal takes the form of a changing qubit frequency, which is detected with an interference measurement. Unfortunately, environmental noise decoheres the qubit state, reducing signal-to-noise ratio (SNR). Here we introduce a protocol for enhancing the sensitivity of a measurement of a qubit's frequency in the presence of decoherence. We use a continuous drive to stabilize one component of the qubit's Bloch vector, enhancing the effect of a small static frequency shift. We demonstrate our protocol on a superconducting qubit, enhancing SNR per measurement shot by 1.65$\times$ and SNR per qubit evolution time by 1.09$\times$ compared to standard Ramsey interferometry. We explore the protocol theoretically and numerically, finding maximum enhancements of 1.96$\times$ and 1.18$\times$, respectively. We also show that the protocol is robust to parameter miscalibrations. Our protocol provides an unconditional enhancement in signal-to-noise ratio compared to standard Ramsey interferometry. It requires no feedback and no extra control or measurement resources, and can be immediately applied in a wide variety of quantum computing and quantum sensor technologies to enhance their sensitivities.
- Abstract（参考訳）: 量子センサーは、医療画像、エネルギー生産、質量検出、測地学、基礎物理学研究、その他多くの分野の革命的な進歩を約束する。
多くのセンサーでは、信号は変化する量子ビット周波数の形をとり、干渉測定によって検出される。
残念なことに、環境ノイズは量子状態をデコヒーリングし、信号対雑音比(SNR)を減少させる。
本稿では,デコヒーレンスの存在下でのキュービットの周波数測定の感度を高めるためのプロトコルを提案する。
連続駆動を用いて、キュービットのブロッホベクトルの1つの成分を安定化し、小さな静周波数シフトの効果を高める。
本研究では, 超伝導量子ビット上でのSNRを1.65$\times$で, SNRを1.09$\times$で, 標準ラムゼー干渉法と比較したSNRを1.09$\times$で拡張した。
理論的および数値的に、それぞれ 1.96$\times$ と 1.18$\times$ の最大拡張を求める。
また、このプロトコルはパラメータの誤校正に対して堅牢であることを示す。
我々のプロトコルは、標準ラムゼー干渉計と比較して、信号と雑音の比が無条件に向上する。
フィードバックを必要とせず、余分な制御や測定資源も必要とせず、すぐにその感度を高めるために様々な量子コンピューティングや量子センサー技術に適用することができる。
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