論文の概要: Super-Heisenberg scaling of the quantum Fisher information using spin-motion states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10117v1
• Date: Fri, 15 Nov 2024 11:33:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-18 15:37:54.404838
• Title: Super-Heisenberg scaling of the quantum Fisher information using spin-motion states
• Title（参考訳）: スピンモーション状態を用いた量子フィッシャー情報の超ハイゼンベルクスケーリング
• Authors: Venelin P. Pavlov, Peter A. Ivanov,
• Abstract要約: トラップイオン系を用いた高精度量子力学のためのスピンモーション状態を提案する。 我々は,アディアバティック進化によってスピンスクイーズ状態が生成され,量子射影ノイズをサブショットノイズ限界まで低減することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We propose a spin-motion state for high-precision quantum metrology with super-Heisenberg scaling of the parameter estimation uncertainty using a trapped ion system. Such a highly entangled state can be created using the Tavis-Cummings Hamiltonian which describes the interaction between a collective spin system and a single vibrational mode. Our method relies on an adiabatic evolution in which the initial motional squeezing is adiabatically transferred into collective spin squeezing. In the weak squeezing regime, we show that the adiabatic evolution creates a spin-squeezed state, which reduces the quantum projective noise to a sub-shot noise limit. For strong bosonic squeezing we find that the quantum Fisher information follows a super-Heisenberg scaling law $\propto N^{5/2}$ in terms of the number of ions $N$. Furthermore, we discuss the spin squeezing parameter which quantifies the phase sensitivity enhancement in Ramsey spectroscopic measurements and show that it also exhibits a super-Heisenberg scaling with $N$. Our work enables the development of high-precision quantum metrology based on entangled spin-boson states that lead to faster scaling of the parameter estimation uncertainty with the number of spins.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 捕捉イオン系を用いたパラメータ推定の不確かさの超ハイゼンベルクスケーリングを用いた高精度量子力学のためのスピンモーション状態を提案する。 このような強い絡み合った状態は、集合スピン系と単一振動モードの間の相互作用を記述するTavis-Cummings Hamiltonianを用いて作成することができる。 本手法は, 初期運動スクイーズを集合スピンスクイーズに断熱的に移行する断熱的進化に依存する。 弱いスクイーズ状態において、アディアバティック進化はスピンスクイーズ状態を生み出し、量子射影ノイズをサブショットノイズ限界に還元することを示した。 強いボソニックなスクイーズに対して、量子フィッシャー情報は、イオン数$N$の点で超ハイゼンベルクスケーリング法$\propto N^{5/2}$に従うことが分かる。 さらに,ラムゼイ分光測定における位相感度向上を定量化するスピンスクイーズパラメータについて検討し,超ハイゼンベルクスケールを$N$で示すことを示した。 我々の研究により、絡み合ったスピンボソン状態に基づく高精度量子メロロジーの開発が可能となり、スピン数によるパラメータ推定の不確かさの高速化につながった。

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