論文の概要: Stroboscopic Saturation of Multiparameter Quantum Limits in Distributed Quantum Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15029v1
• Date: Thu, 16 Oct 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-20 20:17:34.332676
• Title: Stroboscopic Saturation of Multiparameter Quantum Limits in Distributed Quantum Sensing
• Title（参考訳）: 分散量子センシングにおけるマルチパラメータ量子限界の分光飽和
• Authors: Berihu Teklu, Victor Montenegro,
• Abstract要約: ユニークな量子現象を利用する高精度センサは、測定精度の標準量子限界を超えることが示されている。 ここでは、広範囲の分散量子プローブに対して量子強調感度を解析的に示す。 最終的な精度限界を達成するための最適測定戦略を構築する。
• 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: High-precision sensors that exploit uniquely quantum phenomena have been shown to surpass the standard quantum limit of measurement precision. However, in the general scenario where multiple parameters are simultaneously encoded in a quantum probe, while surpassing the standard quantum limit is possible, its practical attainability is severely hindered. This difficulty arises due to the fundamental incompatibility among the optimal measurements required for estimating different parameters. A naturally multiparameter sensing scenario emerges when a network of quantum sensors is spatially distributed, with each individual sensor probing a distinct parameter of interest. The central goal in such a setting is twofold: first, to surpass the standard quantum limit in estimating global properties of the system -- thereby achieving quantum-enhanced sensitivity for a given network size -- and second, to explicitly identify the optimal measurement strategies necessary to practically attain this quantum advantage. Here, we analytically demonstrate quantum-enhanced sensitivity for a broad class of distributed quantum probes, including cases where the precision scales quadratically or quartically with the sensing resources. We construct the corresponding optimal measurement strategies that achieve the ultimate precision limits -- namely, saturation of both the Holevo and quantum Cram\'{e}r-Rao bounds. We then apply our framework to two concrete scenarios: the simultaneous estimation of multiple gravitational accelerations (gravimetry) and coupling strengths across spatially separated locations. Feasibility analyses indicate that the proposed distributed quantum-enhanced sensing schemes are within reach of current experimental capabilities.
• Abstract（参考訳）: ユニークな量子現象を利用する高精度センサは、測定精度の標準量子限界を超えることが示されている。 しかし、複数のパラメータが同時に量子プローブに符号化される一般的なシナリオでは、標準量子限界を超えることは可能であり、その実用性は著しく妨げられる。 この困難は、異なるパラメータを推定するのに必要な最適な測定値の基本的な不整合性によって生じる。 自然界のマルチパラメータセンシングのシナリオは、量子センサーのネットワークが空間的に分散されたときに発生し、個々のセンサーが異なる関心のパラメータを探索する。 第一に、システムのグローバルな特性を推定する標準的な量子限界を超えること、従って、与えられたネットワークサイズに対して量子に増強された感度を達成すること、第二に、この量子優位性を実現するのに必要な最適な測定戦略を明確に特定することである。 ここでは、広範に分散された量子プローブの量子化感度を解析的に示す。 我々は、最終的な精度限界を達成するための対応する最適測定戦略、すなわち、ホレボと量子クラムマイン-ラオ境界の飽和を構築する。 次に,複数の重力加速度(重力)の同時推定と空間的に分離された位置における結合強度の2つの具体的なシナリオに適用する。 可能性分析は、提案された分散量子強調センシングスキームが、現在の実験能力の範囲内にあることを示している。

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