論文の概要: Credible-interval-based adaptive Bayesian quantum frequency estimation for entanglement-enhanced atomic clocks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14944v2
- Date: Wed, 05 Nov 2025 13:02:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-06 16:07:39.291111
- Title: Credible-interval-based adaptive Bayesian quantum frequency estimation for entanglement-enhanced atomic clocks
- Title（参考訳）: エンタングルメント強化原子時計のためのクレディブル・インターバル型適応ベイズ量子周波数推定法
- Authors: Jungeng Zhou, Jiahao Huang, Jinye Wei, Chengyin Han, Chaohong Lee,
- Abstract要約: エンタングルメント強化量子センサーは基本的なトレードオフに直面し、エンタングルメントはハイゼンベルク限界まで精度を向上するが、ダイナミックレンジを制限する。
本稿では,原子時計に対する信頼度に基づく適応ベイズ量子周波数推定プロトコルを提案する。
我々のプロトコルは、既存の適応方式よりもノイズに対して安定であり、デフォーカスに頑健である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.949988100814893
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Entanglement-enhanced quantum sensors encounter a fundamental trade-off: while entanglement improves precision to the Heisenberg limit, it restricts dynamic range. To address this trade-off, we present a credible-interval-based adaptive Bayesian quantum frequency estimation protocol for Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)-state-based atomic clocks. Our method optimally integrates prior knowledge with new measurements and determines the interrogation time by correlating it with the period of the likelihood function, based on Bayesian credible intervals. Our protocol can be implemented using either individual or cascaded GHZ states, thereby extending the dynamic range without compromising Heisenberg-limited sensitivity. In parallel with the cascaded-GHZ-state protocol using fixed interrogation times, the dynamic range can be extended through an interferometry sequence that employs individual GHZ states with variable interrogation times. Furthermore, by varying the interrogation times, the dynamic range of the cascaded-GHZ-state protocol can be further extended. Crucially, our protocol enables dual Heisenberg-limited precision scaling $\propto 1/(Nt)$ in both particle number $N$ and total interrogation time $t$, surpassing the hybrid scaling $\propto 1/{(N\sqrt {t}})$ of the conventional cascaded-GHZ-state protocol. While offering a wider dynamic range, the protocol is more stable against noise and more robust to dephasing than existing adaptive schemes. Beyond atomic clocks, our approach establishes a general framework for developing entanglement-enhanced quantum sensors that simultaneously achieve both high precision and broad dynamic range.
- Abstract（参考訳）: エンタングルメント強化量子センサーは基本的なトレードオフに直面し、エンタングルメントはハイゼンベルク限界まで精度を向上するが、ダイナミックレンジを制限する。
このトレードオフに対処するため,グリーンベルガー・ホルン・ザイリンガー(GHZ)系原子時計のための,信頼可能なインターバル型適応ベイズ量子周波数推定プロトコルを提案する。
提案手法は,ベイズ的信頼区間に基づいて,事前知識を新しい測定値と最適に統合し,確率関数の周期と相関して質問時間を決定する。
このプロトコルは個々のGHZ状態またはカスケード状態を用いて実装できるため,ハイゼンベルク限界感度を損なうことなく動的範囲を拡張できる。
固定尋問時間を用いたカスケードGHZ状態プロトコルと並行して、動的範囲は、可変尋問時間を持つ個々のGHZ状態を利用する干渉法シーケンスによって拡張することができる。
さらに、尋問時間を変化させることで、カスケードGHZ状態プロトコルのダイナミックレンジをさらに拡張することができる。
重要なことに、我々のプロトコルは、従来のカスケードGHZ-ステートプロトコルのハイブリッドスケーリング$\propto 1/{(N\sqrt {t}})$を超え、粒子数$N$と総尋問時間$t$の両方において、ハイゼンベルク限定のスケーリング$\propto 1/(Nt)$を可能にする。
より広いダイナミックレンジを提供する一方で、このプロトコルはノイズに対してより安定であり、既存の適応方式よりも格段に堅牢である。
提案手法は,原子時計以外にも,高精度と広ダイナミックレンジの両方を同時に実現するエンタングルメント強化量子センサの開発のための一般的な枠組みを確立する。
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