論文の概要: Achieving Heisenberg limit of metrology via measurement on ancillary qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06081v1
- Date: Fri, 09 May 2025 14:26:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-12 20:40:10.293369
- Title: Achieving Heisenberg limit of metrology via measurement on ancillary qubit
- Title（参考訳）: 補助量子ビットの測定によるメソロジーのハイゼンベルク限界達成
- Authors: Peng Chen, Jun Jing,
- Abstract要約: 本稿では、プローブ(スピンアンサンブル)を補助量子ビットに結合させることにより、測定に基づく量子メトロジープロトコルを提案する。
同期パラメトリック符号化と無条件測定により、プローブ系に符号化された位相に関する量子フィッシャー情報は、正確にハイゼンベルクスケーリングの$N2$に到達することができる。
スピンアンサンブルの古典的なフィッシャー情報は、パラメトリックエンコーディング後のアイドル進化時間に関係なく、その量子的エンサンブルと飽和する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4927008953071725
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We propose a measurement-based quantum metrology protocol by coupling the probe (a spin ensemble) to an ancillary qubit. The key element is to use the optimized joint evolution time and the unconditional measurement on the ancillary qubit to bring the probe system from an eigenstate of a collective angular momentum operator $|j,m\rangle$ to a superposed state $(|j,m\rangle+|j,-m\rangle)/\sqrt2$. With synchronous parametric encoding and unconditional measurement, the quantum Fisher information about the phase encoded in the probe system can exactly attains the Heisenberg scaling $N^2$ with respect to the probe size (spin number) $N$ upon optimized initial states. The quadratic scaling behavior is not sensitive to the imprecise control over the joint evolution time and the time delay between encoding and measurement. The classical Fisher information of the spin ensemble is found to saturate with its quantum counterpart, irrespective of the idle evolution time after the parametric encoding. We suggest that both GHZ-like state and nonlinear Hamiltonian are not necessary resources for metrology precision since in our protocol even thermal states hold an asymptotic quadratic scaling.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、プローブ(スピンアンサンブル)を補助量子ビットに結合させることにより、測定に基づく量子メトロジープロトコルを提案する。
鍵となる要素は、最適化された合同発展時間と、アシリーキュービット上の無条件の測定を用いて、プローブ系を集合角運動量作用素の固有状態から重畳状態 $(|j,m\rangle+|j,-m\rangle)/\sqrt2$ に持ってくることである。
同期パラメトリック符号化と無条件測定により、プローブ系に符号化された位相に関する量子フィッシャー情報は、最適化初期状態におけるプローブサイズ(スピン数)$N$に関して、正確にハイゼンベルクスケーリング$N^2$を達成することができる。
二次スケーリングの挙動は、共同進化時間と符号化と測定の間の時間遅延に対する不正確な制御に敏感ではない。
スピンアンサンブルの古典的なフィッシャー情報は、パラメトリックエンコーディング後のアイドル進化時間に関係なく、その量子的エンサンブルと飽和する。
我々はGHZ様状態と非線形ハミルトン状態の両方が、我々のプロトコルでは熱状態でさえ漸近2次スケーリングを持つので、気象学の精度に必要な資源ではないことを示唆する。
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