論文の概要: High-dynamic-range atomic clocks with dual Heisenberg-limited precision scaling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14944v1
• Date: Fri, 22 Nov 2024 13:57:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-25 15:02:50.908736
• Title: High-dynamic-range atomic clocks with dual Heisenberg-limited precision scaling
• Title（参考訳）: 双対ハイゼンベルク制限精度スケーリングによる高ダイナミックレンジ原子時計
• Authors: Jungeng Zhou, Jiahao Huang, Jinye Wei, Chengyin Han, Chaohong Lee,
• Abstract要約: Greenberger-Horne-Zeilinger状態(GHZ)は、量子センシングの基本的な精度限界に達することができる最大多粒子エンタングル状態である。 GHZ状態に基づく原子時計は、ハイゼンベルク限界精度を達成する可能性を持っているが、ダイナミックレンジの減少に悩まされている。 ここでは、ベイズ量子推定を用いて、GHZ状態に基づく原子時計のダイナミックレンジを拡張する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) state is a maximally multiparticle entangled state capable of reaching the fundamental precision limit in quantum sensing. While GHZ-state-based atomic clocks hold the potential to achieve Heisenberg-limited precision [Nature 634, 315 (2024); Nature 634, 321 (2024)], they suffer from a reduced dynamic range. Here we demonstrate how Bayesian quantum estimation can be utilized to extend the dynamic range of GHZ-state-based atomic clocks while maintaining precision close to the Heisenberg limit. In the framework of Bayesian quantum estimation, we design a sequence of correlated Ramsey interferometry for atomic clocks utilizing individual and cascaded GHZ states.In this sequence, the interrogation time is updated based on the credible intervals of the posterior distribution.By combining an interferometry sequence with short and long interrogation times, our scheme overcomes the trade-off between sensitivity and dynamic range in GHZ-state-based atomic clocks and offers an alternative approach for extending dynamic range while maintaining high sensitivity. Notably our approach enables dual Heisenberg-limited precision scaling with respect to both particle number and total interrogation time. In addition to atomic clocks, our study offers a promising avenue for developing high-dynamic-range entanglement-enhanced interferometry-based quantum sensors.
• Abstract（参考訳）: Greenberger-Horne-Zeilinger状態(GHZ)は、量子センシングの基本的な精度限界に達することができる最大多粒子エンタングル状態である。 GHZ状態に基づく原子時計は、ハイゼンベルクに制限された精度(Nature 634, 315 (2024), Nature 634, 321 (2024))を達成する可能性を秘めているが、これらはダイナミックレンジの減少に悩まされている。 ここでは、ハイゼンベルク限界に近い精度を維持しながら、ベイズ量子推定を用いて、GHZ状態に基づく原子時計のダイナミックレンジを拡張する方法を示す。 ベイズ量子推定の枠組みでは、個々のGHZ状態とカスケード化されたGHZ状態を利用した原子時計の相関ラムゼー干渉計のシーケンスを設計し、このシーケンスでは、後方分布の信頼区間に基づいて尋問時間を更新する。 特に,本手法は粒子数と総尋問時間の両方に関して,ハイゼンベルク限定の高精度スケーリングを可能にする。 原子時計に加えて、我々は高ダイナミックレンジ・エンタングルメント・エンハンスド・インターフェロメトリに基づく量子センサの開発に有望な道を提供する。

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