論文の概要: Optimizing lossy state preparation for quantum sensing using Hamiltonian engineering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.00098v2
• Date: Tue, 04 Feb 2025 17:35:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:56:33.291981
• Title: Optimizing lossy state preparation for quantum sensing using Hamiltonian engineering
• Title（参考訳）: ハミルトン工学を用いた量子センシングのための損失状態の最適化
• Authors: Bharath Hebbe Madhusudhana,
• Abstract要約: ホウ素-アインシュタイン凝縮体における原子損失にも拘わらず、スケーラブルな量子優位性が得られることを示す。 リンドブラッドジャンプ作用素は非エルミート的で非可逆であるが、ムーア・ペンローズ逆数を用いてフィッシャー情報のスケーリングによるいくつかの状態を構成するための枠組みを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: One of the most prominent platforms for demonstrating quantum sensing below the standard quantum limit is the spinor Bose-Einstein condensate. While a quantum advantage using several tens of thousands of atoms has been demonstrated in this platform, it faces an important challenge: atom loss. Atom loss is a Markovian error process modelled by Lindblad jump operators, and a no-go theorem, which we also show here, states that the loss of atoms in all spin components reduces the quantum advantage to a constant factor. Here, we show that this no-go theorem can be circumvented if we constrain atom losses to a single spin component. Moreover, we show that in this case, the maximum quantum Fisher information with $N$ atoms scales as $N^{3/2}$, establishing that a scalable quantum advantage can be achieved despite atom loss. Although Lindblad jump operators are generally non-Hermitian and non-invertible, we use their Moore-Penrose inverse to develop a framework for constructing several states with this scaling of Fisher information in the presence of losses. We use Hamiltonian engineering with realistic Hamiltonians to develop experimental protocols for preparing these states. Finally, we discuss possible experimental techniques to constrain the losses to a single spin mode.
• Abstract（参考訳）: 標準量子限界以下の量子センシングを示す最も顕著なプラットフォームの1つは、ホウ素-アインシュタイン凝縮体である。 このプラットフォームでは、数万の原子を使った量子的優位性が実証されているが、重要な課題である原子の損失に直面している。 原子の損失はリンドブラッド・ジャンプ作用素によってモデル化されたマルコフの誤差過程であり、非ゴー定理は、全てのスピン成分における原子の損失が量子的優位性を定数因子に還元することを示している。 ここでは、原子損失を1つのスピン成分に制限すれば、このノーゴー定理を回避できることを示す。 さらに、この場合、$N$原子の最大量子フィッシャー情報は$N^{3/2}$とスケールし、原子の損失にもかかわらずスケーラブルな量子的優位性を実現することができることを示す。 リンドブラッドジャンプ作用素は一般に非エルミート的かつ非可逆的であるが、ムーア・ペンローズ逆数を用いて、損失の存在下でフィッシャー情報のスケーリングを伴ういくつかの状態を構築するための枠組みを開発する。 我々は、ハミルトン工学と現実的なハミルトン工学を用いて、これらの状態を作成するための実験的なプロトコルを開発する。 最後に,単一スピンモードの損失を抑制する実験手法について検討する。

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