論文の概要: Quantum Computing Enhanced Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.07625v1
• Date: Mon, 13 Jan 2025 19:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-15 13:29:00.493216
• Title: Quantum Computing Enhanced Sensing
• Title（参考訳）: 量子コンピューティングによる高感度センシング
• Authors: Richard R. Allen, Francisco Machado, Isaac L. Chuang, Hsin-Yuan Huang, Soonwon Choi,
• Abstract要約: 本稿では、既存のすべてのアプローチよりも優れた量子コンピューティング強化センシングプロトコルを提案する。 鍵となるアイデアは、連続したアナログ信号を離散的な演算に堅牢にデジタル化し、量子アルゴリズムに統合することである。 この研究は、量子計算を知覚能力を向上させるための強力な新しい資源として確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6407952035735351
• License:
• Abstract: Quantum computing and quantum sensing represent two distinct frontiers of quantum information science. In this work, we harness quantum computing to solve a fundamental and practically important sensing problem: the detection of weak oscillating fields with unknown strength and frequency. We present a quantum computing enhanced sensing protocol that outperforms all existing approaches. Furthermore, we prove our approach is optimal by establishing the Grover-Heisenberg limit -- a fundamental lower bound on the minimum sensing time. The key idea is to robustly digitize the continuous, analog signal into a discrete operation, which is then integrated into a quantum algorithm. Our metrological gain originates from quantum computation, distinguishing our protocol from conventional sensing approaches. Indeed, we prove that broad classes of protocols based on quantum Fisher information, finite-lifetime quantum memory, or classical signal processing are strictly less powerful. Our protocol is compatible with multiple experimental platforms. We propose and analyze a proof-of-principle experiment using nitrogen-vacancy centers, where meaningful improvements are achievable using current technology. This work establishes quantum computation as a powerful new resource for advancing sensing capabilities.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングと量子センシングは、2つの異なる量子情報科学のフロンティアを表している。 本研究では、量子コンピューティングを用いて、弱い振動場を未知の強度と周波数で検出する、基本的かつ実用的に重要なセンシング問題を解く。 本稿では、既存のすべてのアプローチよりも優れた量子コンピューティング強化センシングプロトコルを提案する。 さらに、最小センシング時間の基本下限であるGrover-Heisenberg極限を確立することで、我々のアプローチが最適であることを示す。 鍵となるアイデアは、連続したアナログ信号を離散的な演算に堅牢にデジタル化し、量子アルゴリズムに統合することである。 我々の気象学的な利得は、従来のセンシング手法と異なる量子計算によるものである。 実際、量子フィッシャー情報、有限寿命量子メモリ、または古典的な信号処理に基づく幅広いプロトコルのクラスは、厳密には強力ではないことを証明している。 我々のプロトコルは、複数の実験プラットフォームと互換性がある。 窒素空洞センターを用いた実証実験を提案, 分析し, 現在の技術で有意義な改善が達成できることを示した。 この研究は、量子計算を知覚能力を向上させるための強力な新しい資源として確立する。

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