論文の概要: Nonlinear Enhancement of Measurement Precision via a Hybrid Quantum Switch
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.20632v1
- Date: Wed, 25 Jun 2025 17:26:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-26 21:00:42.879796
- Title: Nonlinear Enhancement of Measurement Precision via a Hybrid Quantum Switch
- Title（参考訳）: ハイブリッド量子スイッチによる測定精度の非線形向上
- Authors: Lei Chen, Yu-Xiang Yang, Gong-Chu Li, Xu-Song Hong, Si-Qi Zhang, Hua-Qin Xu, Yuan-Cheng Liu, Giulio Chiribella, Geng Chen, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
- Abstract要約: 我々は、プローブのダイナミクスを操作することにより、高精度なスケーリングを実現するフォトニックセットアップを構築する。
我々の装置は未知の回転と既知の軌道角運動量の増加をコヒーレントに制御された順序で行う。
実用的拡張係数が2317以上であれば、実験の最終的な精度は0.0105prime prime$で7.16times107$ photonsを使用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.866670411635475
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum metrology promises measurement precision beyond the classical limit by using suitably tailored quantum states and detection strategies. However, scaling up this advantage is experimentally challenging, due to the difficulty of generating high-quality large-scale probes. Here, we build a photonic setup that achieves enhanced precision scaling by manipulating the probe's dynamics through operations performed in a coherently controlled order. Our setup applies an unknown rotation and a known orbital angular momentum increase in a coherently controlled order, in a way that reproduces a hybrid quantum SWITCH involving gates generated by both discrete and continuous variables. The unknown rotation angle $\theta$ is measured with precision scaling as $1/4ml$ when a photon undergoes a rotation of $2m\theta$ and an angular momentum shift of $2l \hbar$. With a practical enhancement factor as high as 2317, the ultimate precision in our experiment is $0.0105^{\prime \prime}$ when using $7.16\times10^7$ photons, corresponding to a normalized precision of $\approx 10^{-4}$rad per photon. No photon interaction occurs in our experiment, and the precision enhancement consumes only a linearly increasing amount of physical resources while achieving a nonlinear scaling of the precision. We further indicate that this nonlinear enhancement roots in an in-depth exploration of the Heisenberg uncertainty principle (HUP), and our findings not only deepen the understanding of the HUP but also pave a pathway for advancements in quantum metrology.
- Abstract（参考訳）: 量子メートル法は、適切に調整された量子状態と検出戦略を使用することで、古典的な限界を超える測定精度を約束する。
しかし、この利点のスケールアップは、高品質な大規模プローブの生成が困難であるため、実験的に困難である。
ここでは、コヒーレントに制御された順序で実行される演算を通してプローブのダイナミクスを操作することにより、高精度なスケーリングを実現するフォトニックセットアップを構築する。
我々の構成では、離散変数と連続変数の両方によって生成されるゲートを含むハイブリッド量子SWITCHを再現する方法で、未知の回転と既知の軌道角運動量の増加をコヒーレントに制御した順序で行う。
未知の回転角$\theta$は、光子の回転が2m\theta$、角運動量シフトが2l \hbar$となると、正確に1/4ml$と測定される。
実用的拡張係数が2317であるので、実験の最終的な精度は7.16\times10^7$ photonsを使用するとき0.0105^{\prime \prime}$であり、標準精度は1光子当たり$\approx 10^{-4}$radである。
我々の実験では光子相互作用は起こらず、精度の向上は、精度の非線形スケーリングを達成しながら、リニアに増加する物理的資源だけを消費する。
さらに,この非線形拡張根がハイゼンベルク不確実性原理(HUP)の深い探究に有効であることを示すとともに,HUPの理解を深めるだけでなく,量子気象学の進歩の道を開くことも示唆した。
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