論文の概要: Distributed quantum sensing with multi-mode $N00N$ states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.02070v1
- Date: Mon, 04 Aug 2025 05:20:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-05 18:25:22.186285
- Title: Distributed quantum sensing with multi-mode $N00N$ states
- Title（参考訳）: 多モード$N00N$状態による分散量子センシング
- Authors: Dong-Hyun Kim, Seongjin Hong, Yong-Su Kim, Kyunghwan Oh, Su-Yong Lee, Changhyoup Lee, Hyang-Tag Lim,
- Abstract要約: マルチモードの$N00N$状態を用いてハイゼンベルクスケーリングを実現する分散量子センシング方式を提案する。
実験では,2つの空間分布位相の平均を推定するために,4モードの2002ドル状態を用いる。
分散量子センシングにおける多モード$N00N$状態の利用は、絡み合い強化センサネットワークを開発する上で有望なアプローチであると考えている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.4680825429543
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Distributed quantum sensing, which estimates a global parameter across distant nodes, has attracted significant interest for applications such as quantum imaging, sensor networks, and global-scale clock synchronization. $N00N$ states are regarded as one of the optimal quantum resources for quantum metrology, enabling the Heisenberg scaling. Recently, the concept of $N00N$ states has been extended to multi-mode $N00N$ states for quantum-enhanced multiple-parameter estimation. However, the application of multi-mode $N00N$ states in distributed quantum sensing remains unexplored. Here, we propose a distributed quantum sensing scheme that achieves the Heisenberg scaling using multi-mode $N00N$ states. We theoretically show that multi-mode $N00N$ states can reach the Heisenberg scaling by examining both the Cram\'er-Rao bound and the quantum Cram\'er-Rao bound. For experimental demonstration, we employ a four-mode $2002$ state to estimate the average of two spatially distributed phases, achieving a 2.74 dB sensitivity enhancement over the standard quantum limit. We believe that utilizing multi-mode $N00N$ states for distributed quantum sensing offers a promising approach for developing entanglement-enhanced sensor networks.
- Abstract（参考訳）: 遠く離れたノードにまたがるグローバルパラメータを推定する分散量子センシングは、量子イメージング、センサーネットワーク、グローバルスケールクロック同期などの応用に多大な関心を集めている。
N00N$状態は量子力学の最適な量子資源の1つと見なされ、ハイゼンベルクのスケーリングを可能にした。
近年、量子化多重パラメータ推定のために、$N00N$状態の概念がマルチモード$N00N$状態に拡張されている。
しかし、分散量子センシングにおけるMulti-mode $N00N$状態の応用は未解明のままである。
本稿では,マルチモードの$N00N$状態を用いてハイゼンベルクスケーリングを実現する分散量子センシング手法を提案する。
理論的には、マルチモードの$N00N$状態が、クラム-ラオ境界と量子クラム-ラオ境界の両方を調べることにより、ハイゼンベルクスケーリングに到達できることが示される。
実験では,2つの空間分布相の平均を推定するために4モードの2002$状態を用い,標準量子限界に対する2.74dB感度向上を実現した。
分散量子センシングにおける多モード$N00N$状態の利用は、絡み合い強化センサネットワークを開発する上で有望なアプローチであると考えている。
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