論文の概要: Quantum Advantage in Distributed Sensing with Noisy Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.17089v3
• Date: Wed, 26 Feb 2025 05:22:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-27 14:53:17.654452
• Title: Quantum Advantage in Distributed Sensing with Noisy Quantum Networks
• Title（参考訳）: ノイズ量子ネットワークを用いた分散センシングにおける量子アドバンテージ
• Authors: Allen Zang, Alexander Kolar, Alvin Gonzales, Joaquin Chung, Stephen K. Gray, Rajkumar Kettimuthu, Tian Zhong, Zain H. Saleem,
• Abstract要約: 分散センシングにおける量子優位性は、ノイズの多い絡み合った状態のみを分散できるノイズの多い量子ネットワークによって達成できることを示す。 分散センシングにおける量子優位性を持つプローブ状態は3ノードの量子ネットワークで作成できることを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.23288214515363
• License:
• Abstract: It is critically important to analyze the achievability of quantum advantage under realistic imperfections. In this work, we show that quantum advantage in distributed sensing can be achieved with noisy quantum networks which can only distribute noisy entangled states. We derive a closed-form expression of the quantum Fisher information (QFI) for estimating the average of local parameters using GHZ-diagonal probe states, an important distributed sensing prototype. From the QFI we obtain the necessary condition to achieve quantum advantage over the optimal local sensing strategy, which can also serve as an optimization-free entanglement detection criterion for multipartite states. In addition, we prove that genuine multipartite entanglement is neither necessary nor sufficient through explicit examples of depolarized and dephased GHZ states. We further explore the impacts from imperfect local entanglement generation and local measurement constraint, and our results imply that the quantum advantage is more robust against quantum network imperfections than local operation errors. Finally, we demonstrate that the probe state with potential for quantum advantage in distributed sensing can be prepared by a three-node quantum network using practical protocol stacks through simulations with SeQUeNCe, an open-source, customizable quantum network simulator.
• Abstract（参考訳）: 現実的な不完全性の下で量子優位性の達成可能性を分析することは極めて重要である。 本研究では,分散センシングにおける量子優位性は,ノイズの多い絡み合った状態のみを分散できるノイズの多い量子ネットワークによって達成できることを示す。 我々は、GHZ対角プローブ状態を用いて局所パラメータの平均を推定するための量子フィッシャー情報(QFI)のクローズドフォーム式を導出する。 QFIから、最適局所センシング戦略よりも量子的に有利な条件を得ることができ、マルチパーティイト状態に対する最適化自由絡み検出基準としても機能する。 さらに, 脱分極および脱相GHZ状態の明示的な例を通して, 真のマルチパーティイト絡み合いは必要でも十分でもないことを証明した。 さらに,不完全な局所的絡み合いの発生と局所的な測定制約の影響について検討し,量子的優位性は局所的な演算誤差よりも量子ネットワークの不完全性に対してより堅牢であることを示す。 最後に、分散センシングにおける量子優位性を示すプローブ状態は、オープンソースのカスタマイズ可能な量子ネットワークシミュレータであるSeQUeNCeを用いてシミュレーションにより、実用的なプロトコルスタックを用いて3ノード量子ネットワークで作成できることを実証した。

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