論文の概要: Quantum-Optimal Frequency Estimation of Stochastic AC Fields

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.19412v2
• Date: Sun, 31 Aug 2025 11:44:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-03 14:24:52.054537
• Title: Quantum-Optimal Frequency Estimation of Stochastic AC Fields
• Title（参考訳）: 確率的交流場の量子最適周波数推定
• Authors: Anirban Dey, Sara Mouradian, Cosmo Lupo, Zixin Huang,
• Abstract要約: 我々は、周波数測定の問題を、グローバルデファスング量子チャネルを推定する問題にマップする。 最適場の周波数差と周波数差を推定するための正確な量子フィッシャー情報境界を求める。 この研究は、任意の時間依存およびフィールドに拡張可能なAC信号センシングのための堅牢なフレームワークを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8749675983608171
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Resolving frequencies in a time-dependent field is classically limited by the measurement bandwidth. Using tools from quantum metrology and quantum control may overcome this limit, yet the full advantage afforded by entanglement so far remains elusive. Here we map the problem of frequency measurement to that of estimating a global dephasing quantum channel. In this way, we determine the ultimate quantum limits of {frequency estimation in stochastic AC} sensing. We find exact {quantum Fisher information bounds} for estimating frequency and frequency differences of stochastic fields. In particular, given two close signals with frequency separation $\omega_r$, we find that the quantum Fisher information (QFI) for the separation estimation is approximately $2/\omega_r^2$, {i.e.}~\emph{inversely} proportional to the separation parameter. The bounds are achievable in certain regimes by superpositions of Dicke states. GHZ states are suboptimal but improve precision over unentangled states, achieving Heisenberg scaling in the low-bandwidth limit. This work establishes a robust framework for stochastic AC signal sensing that can be extended to arbitrary time-dependent and stochastic fields.
• Abstract（参考訳）: 時間依存フィールドにおける周波数の解消は、古典的には測定帯域幅によって制限される。 量子気象学と量子制御のツールを使うことで、この限界を克服することができるが、これまでのエンタングルメントによって得られる全ての利点はいまだ解明されていない。 ここでは、周波数測定の問題を、グローバルデファス量子チャネルを推定する問題にマッピングする。 このようにして、確率ACにおける周波数推定の究極的な量子限界を決定する。 確率場の周波数差と周波数差を推定するための正確な「量子フィッシャー情報境界」を求める。 特に、周波数分離$\omega_r$の2つの近接信号が与えられた場合、分離推定のための量子フィッシャー情報(QFI)は約2/\omega_r^2$, {i.e.}~\emph{inversely} が分離パラメータに比例する。 境界はディック状態の重ね合わせによって特定の状態において達成できる。 GHZ状態は準最適であるが、非絡み合った状態よりも精度が向上し、低帯域幅でハイゼンベルクスケーリングを達成する。 この研究は、任意の時間依存および確率場に拡張可能な確率型交流信号センシングのための堅牢なフレームワークを確立する。

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