論文の概要: Non-Equilibrium Criticality-Enhanced Quantum Sensing with Superconducting Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.14409v1
• Date: Wed, 20 Aug 2025 04:14:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-21 16:52:41.335983
• Title: Non-Equilibrium Criticality-Enhanced Quantum Sensing with Superconducting Qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビットを用いた非平衡臨界量子センシング
• Authors: Hao Li, Yaoling Yang, Yun-Hao Shi, Zheng-An Wang, Ziting Wang, Jintao Li, Yipeng Zhang, Kui Zhao, Yue-Shan Xu, Cheng-Lin Deng, Yu Liu, Wei-Guo Ma, Tian-Ming Li, Jia-Chi Zhang, Cai-Ping Fang, Jia-Cheng Song, Hao-Tian Liu, Si-Yun Zhou, Zheng-He Liu, Bing-Jie Chen, Gui-Han Liang, Xiaohui Song, Zhongcheng Xiang, Kai Xu, Kaixuan Huang, Abolfazl Bayat, Heng Fan,
• Abstract要約: 量子的特徴の爆発により、古典的なセンサーの容量をはるかに超える精度で外部パラメータを推定できる。 量子臨界度は、プローブサイズに関してそのような拡張を達成するための資源として特定されている。 非平衡プローブは力学を応用し、幅広いパラメータの時間に対する量子強調精度を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 26.523015621022488
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Exploiting quantum features allows for estimating external parameters with precisions well beyond the capacity of classical sensors, a phenomenon known as quantum-enhanced precision. Quantum criticality has been identified as a resource for achieving such enhancements with respect to the probe size. However, they demand complex probe preparation and measurement and the achievable enhancement is ultimately restricted to narrow parameter regimes. On the other hand, non-equilibrium probes harness dynamics, enabling quantum-enhanced precision with respect to time over a wide range of parameters through simple probe initialization. Here, we unify these approaches through a Stark-Wannier localization platform, where competition between a linear gradient field and particle tunneling enables quantum-enhanced sensitivity across an extended parameter regime. The probe is implemented on a 9-qubit superconducting quantum device, in both single- and double-excitation subspaces, where we explore its performance in the extended phase, the critical point and the localized phase. Despite employing only computational-basis measurements we have been able to achieve near-Heisenberg-limited precision by combining outcomes at distinct evolution times. In addition, we demonstrate that the performance of the probe in the entire extended phase is significantly outperforming the performance in the localized regime. Our results highlight Stark-Wannier systems as versatile platforms for quantum sensing, where the combination of criticality and non-equilibrium dynamics enhances precision over a wide range of parameters without stringent measurement requirements.
• Abstract（参考訳）: 量子的特徴の爆発により、古典的なセンサーの容量をはるかに超える精度で外部パラメータを推定することができる。 量子臨界度は、プローブサイズに関してそのような拡張を達成するための資源として特定されている。 しかし、彼らは複雑なプローブの準備と測定を必要とし、達成可能な拡張は究極的には狭いパラメータ状態に制限される。 一方、非平衡プローブは力学を応用し、単純なプローブ初期化による幅広いパラメータの時間に対する量子強調精度を実現する。 ここでは、これらのアプローチを、線形勾配場と粒子トンネルとの競合により、拡張されたパラメーター状態における量子増強感度を実現するスターク・ワニエ局所化プラットフォームを介して統一する。 プローブは9量子ビット超伝導量子デバイス上に実装され、単励起部分空間と二重励起部分空間の両方で実装され、拡張相、臨界点、局在相のパフォーマンスを探索する。 計算基底測定のみを用いているにもかかわらず、我々は異なる進化の時間における結果を組み合わせることで、ほぼハイゼンベルクに制限された精度を達成できた。 さらに,全位相におけるプローブの性能が局所的な状態において著しく向上していることが実証された。 量子センシングのための汎用プラットフォームとしてスターク・ワニエ系が注目され、臨界度と非平衡ダイナミクスの組み合わせは、厳密な測定要求なしに幅広いパラメータの精度を高める。

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