論文の概要: A Hybrid Measurement Scheme for Generating nonGaussian Spin States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.19527v1
- Date: Wed, 26 Feb 2025 19:59:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-28 14:57:07.754460
- Title: A Hybrid Measurement Scheme for Generating nonGaussian Spin States
- Title（参考訳）: 非ガウススピン状態生成のためのハイブリッド計測方式
- Authors: Andrew Kolmer Forbes, Ivan H. Deutsch,
- Abstract要約: 本稿では,原子スピンアンサンブルの非古典状態を生成するプロトコルを提案する。
我々は、光の偏光回転を測定することによってスピン圧縮状態を生成する。
信号モードに散乱する単一光子を検出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: We present a protocol for generating nonclassical states of atomic spin ensembles through the backaction induced by a hybrid measurement of light that is entangled with atoms, combining both homodyne and single photon detection. In phase-I of the protocol we create a spin squeezed state by measuring the light's polarization rotation due to the Faraday effect in a balanced polarimeter, equivalent to a homodyne measurement. In phase-II we send a second probe beam through the sample and detect single photons scattered into the signal mode. Before doing so, we rotate the uncertainty bubble to increase the projection fluctuations of the measured spin component. This increases the coupling strength between the atoms and photons and thus the rate of scattering of single photons into the signal mode. In the ideal case, the result is a squeezed Dicke state, with substantial quantum advantage for sensing spin rotations. We benchmark the protocol's utility in the presence of inevitable decoherence due to optical pumping using the Fisher information as a measure of quantum advantage. We show that in the presence of decoherence, the quantum Fisher information associated with the nonGaussian mixed state we prepare is substantially larger than the classical Fisher information obtained from the standard measurement of spin rotations. We deduce a measurement basis that is close to optimal for achieving the quantum Cram\'{e}r Rao bound in the presence of decoherence.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 原子に絡み合った光のハイブリッド測定によって引き起こされるバックアクションにより, 原子スピンアンサンブルの非古典状態を生成するプロトコルについて述べる。
プロトコルのフェーズIでは、平衡偏光計におけるファラデー効果による光の偏光回転をホモダイン測定と等価に測定し、スピン収縮状態を生成する。
フェーズIIでは、第2のプローブビームをサンプルを通して送信し、信号モードに散乱する単一光子を検出する。
その前に、測定されたスピン成分の投射変動を増加させるために不確実性気泡を回転させる。
これにより、原子と光子の結合強度が増大し、単一の光子の信号モードへの散乱速度が増大する。
理想的な場合、結果は圧縮されたディック状態であり、スピン回転を感知するかなりの量子的優位性を持つ。
我々は、フィッシャー情報を用いた光ポンピングによる避けられないデコヒーレンスの存在下で、このプロトコルの実用性を量子優位性の尺度として評価する。
我々は、デコヒーレンスの存在下では、非ガウス混合状態に関連する量子フィッシャー情報は、スピン回転の標準測定から得られる古典的フィッシャー情報よりもかなり大きいことを示す。
我々は、デコヒーレンスの存在下での量子Cram\'{e}r Rao境界を達成するのに最適に近い測定基底を導出する。
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