論文の概要: Ramsey Interferometry with Qudits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06290v1
• Date: Mon, 08 Sep 2025 02:23:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.94479
• Title: Ramsey Interferometry with Qudits
• Title（参考訳）: クイディットを用いたラムゼイ干渉計
• Authors: Branislav Ilikj, Nikolay V. Vitanov,
• Abstract要約: 我々はラムゼー干渉法に基づいて、それをウィグナー・マヨラナ (WM) 系の四重項に拡張する。 標準ラムゼー干渉計の2つの$pi/2$パルスを量子フーリエ変換に置き換えても、分解能は向上しないことを示す。 我々はこれらの利点を、異なるクディット次元の直接比較を可能にする解像度コントラスト指数を用いて定量化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Ramsey interferometry, a cornerstone technique in quantum spectroscopy, traditionally operates with qubits for high precision measurements. In this work we build on Ramsey interferometry, extending it to qudits in Wigner-Majorana (WM) systems where the internal degrees of freedom are used to achieve enhanced resolution. We also show that replacing the two $\pi/2$ pulses of standard Ramsey interferometry with the quantum Fourier transform provides no increase in resolution. Theoretical analysis further reveals that quantum systems with the WM symmetry are particularly well-suited for this objective, achieving substantial resolution improvements for a given interrogation time. Simulations and analytical solutions validate these predictions, confirming the feasibility and advantages of qudits in Ramsey interferometry. We quantify these advantages using a resolution--contrast index that enables direct comparison between different qudit dimensions. In particular, three state systems (qutrits) achieve a twofold resolution increase compared to qubits without contrast degradation, emerging as optimal for the qudit approach. Higher dimensional qudits achieve superior resolution enhancement at the cost of contrast degradation. These significant resolution gains establish qudits as attractive candidates for high-precision quantum metrology and sensing technologies.
• Abstract（参考訳）: ラムゼイ干渉法(ラムゼイ干渉法、英: Ramsey interferometry)は、量子分光法における基礎技術であり、伝統的に高精度な測定のために量子ビットで機能する。 この研究はラムゼー干渉法に基づいて構築され、拡張された解像度を達成するために内部自由度を使用するウィグナー・マヨラナ系(WM)に拡張する。 また、標準ラムゼー干渉計の2つの$\pi/2$パルスを量子フーリエ変換に置き換えても分解能は向上しないことを示した。 理論的解析により、WM対称性を持つ量子系は、この目的に特に適しており、与えられた尋問時間に対して実質的な分解能の向上を達成していることが明らかになった。 シミュレーションと解析解はこれらの予測を検証し、ラムゼー干渉法におけるクォーディットの有効性と利点を確認する。 我々はこれらの利点を、異なるクディット次元の直接比較を可能にする解像度コントラスト指数を用いて定量化する。 特に、3つの状態系 (qutrits) はコントラスト劣化のない量子ビットと比較して2倍の分解能を達成し、クーディット法に最適である。 高次元キューディットはコントラスト劣化のコストで優れた解像度向上を実現する。 これらの重要な分解能向上は、高精度量子メトロジーおよびセンシング技術の魅力的な候補としてキューディットを確立する。

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