論文の概要: Enhancing Quantum Metrology by Quantum Resonance Dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.01462v1
• Date: Mon, 03 Feb 2025 15:53:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:58:38.774588
• Title: Enhancing Quantum Metrology by Quantum Resonance Dynamics
• Title（参考訳）: 量子共鳴ダイナミクスによる量子メトロロジーの強化
• Authors: Zhixing Zou, Jiangbin Gong, Weitao Chen,
• Abstract要約: 量子論における量子効果は、いわゆる標準量子限界からハイゼンベルク限界までの測定精度を高めることができる。 本稿では,多くの既知の障害を回避し,なおも時間の有効利用が可能なプロトコルを提案する。 提案プロトコルは、利用可能な実験プラットフォーム上でテストすることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6963971634605796
• License:
• Abstract: Quantum effects in metrology can in principle enhance measurement precision from the so-called standard quantum limit to the Heisenberg Limit. Further advancements in quantum metrology largely rely on innovative metrology protocols that can avoid a number of known obstacles, including the challenge of preparing entangled states with sufficient fidelity, the readout noise in measuring highly entangled states, and no-go theorems for quantum metrology under noisy environments. In this Letter, exploiting some peculiar but experimentally feasible dynamical features of a collection of spins with all-to-all time-periodic interactions, we propose a metrology protocol that can circumvent all the three mentioned obstacles and yet still make good use of time as a resource for metrology. Specifically, by mapping the dynamics of such a periodically driven spin system to that of a paradigm of quantum chaos but tuned to some high-order quantum resonance, it is shown that a simple $SU(2)$ coherent state can, after evolving to highly entangled states in the ensuing dynamics, be dynamically brought back to the same initial coherent state. The associated quantum Fisher information is found to exhibit quadratic scaling with both the number of spins and the duration of the metrology protocol. The achieved Heisenberg scaling can also largely survive in the presence of Markovian noise. Representing a previously unknown strategy for quantum metrology, the protocol proposed here can be tested on available experimental platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子論における量子効果は、原理的には、いわゆる標準量子限界からハイゼンベルク極限までの測定精度を高めることができる。 量子距離論のさらなる進歩は、十分に忠実な絡み合った状態を作成することの難しさ、高い絡み合った状態を測定するための読み出しノイズ、ノイズの多い環境下での量子距離論のノーゴー定理など、多くの既知の障害を避ける革新的な距離論のプロトコルに大きく依存している。 本稿では,全ての時間-周期的相互作用を持つスピンの集合の特異かつ実験的に実現可能な動的特徴を生かし,これら3つの障害をすべて回避できるメトロジープロトコルを提案する。 具体的には、周期的に駆動されるスピン系のダイナミクスを量子カオスのパラダイムにマッピングするが、高次量子共鳴に調整することで、単純な$SU(2)$コヒーレント状態が、続く力学において高度に絡み合った状態に進化した後、同じ初期コヒーレント状態に動的に戻すことができることを示した。 関連する量子フィッシャー情報は、スピンの数とメトロジープロトコルの持続時間の両方で二次的なスケーリングを示す。 達成されたハイゼンベルクのスケーリングはマルコフノイズの存在下でもほとんど生き残ることができる。 ここで提案されるプロトコルは、これまで知られていなかった量子力学の戦略を表わし、利用可能な実験プラットフォーム上でテストすることができる。

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