論文の概要: Optimal quantum metrology under energy constraints

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.09436v1
• Date: Wed, 11 Jun 2025 06:37:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 06:35:02.591654
• Title: Optimal quantum metrology under energy constraints
• Title（参考訳）: エネルギー制約下における最適量子距離論
• Authors: Longyun Chen, Yuxiang Yang,
• Abstract要約: 我々は、エネルギー制約された量子多段階過程を特徴づける理論的枠組みを開発する。 推定精度は非拘束エネルギーの次元の増大から任意に恩恵を受けるが、エネルギー制約は無限次元系において1/E2$の究極的精度スケーリングをもたらすことを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.570188943432331
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum metrology promises enhanced precision in parameter estimation by exploiting quantum effects. The traditional framework of metrology commonly assumes unlimited access to resources, overlooking resource constraints in realistic scenarios. As such, the optimal strategies therein are often infeasible in practice. Here, we investigate quantum metrology where the total energy consumption of the probe state preparation, intermediate control operations, and the final measurement is subject to an energy constraint. We establish a comprehensive theoretical framework for characterizing energy-constrained quantum multi-step processes, which can be applied to other tasks of quantum information processing beyond metrology. Based on the framework, we develop a general optimization method for energy-constrained quantum metrology that determines the optimal precision as well as the corresponding optimal strategy. Applying our method to phase estimation, we show that while the estimation precision can benefit arbitrarily from increasing dimension with unconstrained energy, energy constraints result in an ultimate precision scaling of $1/E^2$ in an infinite-dimensional system, where $E$ is the available energy, which reveals that limited energy could be an essential barrier to precision improvement.
• Abstract（参考訳）: 量子気象学は、量子効果を利用してパラメータ推定の精度を高めることを約束する。 伝統的な気象学の枠組みは、現実的なシナリオで資源の制約を見越して、リソースへのアクセスを無制限に想定する。 したがって、そこでの最適な戦略は、実際は実現不可能であることが多い。 ここでは, プローブ状態準備, 中間制御操作, 最終測定の合計エネルギー消費がエネルギー制約を受ける量子気象について検討する。 我々は、エネルギー制約された量子多段階過程を特徴づける包括的な理論的枠組みを確立し、量子情報処理の他のタスクにも適用することができる。 この枠組みに基づいて、最適精度と対応する最適戦略を判定するエネルギー制約量子気象学の一般最適化手法を開発した。 この手法を位相推定に適用することにより、エネルギー制約は無限次元系において1/E^2$の最終的な精度スケーリングをもたらすが、その場合のE$は利用可能なエネルギーであり、限られたエネルギーが精度の向上に必須の障壁であることを明らかにする。

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