論文の概要: Differential magnetometry with partially flipped Dicke states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.23815v1
- Date: Mon, 27 Oct 2025 19:53:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-29 15:35:36.498975
- Title: Differential magnetometry with partially flipped Dicke states
- Title（参考訳）: 部分的に反転したディック状態を持つ微分磁気量計
- Authors: Iagoba Apellaniz, Manuel Gessner, Géza Tóth,
- Abstract要約: 3つの空間軸に沿った勾配と均質背景場の磁力測定について検討した。
これらのパラメータの達成可能な推定精度のトレードオフ関係を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We study magnetometry of gradients and homogeneous background fields along all three spatial axes using two spatially separated spin ensembles. We derive trade-off relations for the achievable estimation precision of these parameters. Dicke states, optimal for homogeneous field estimation, can be locally rotated into states sensitive to magnetic gradients by rotating the spins in one subensemble. We determine bounds for the precision for gradient metrology in the three orthogonal directions as a function of the sensitivities of the homogenous field in those directions. The resulting partially flipped Dicke state saturates the bounds above, showing similar sensitivity in two directions but significantly reduced sensitivity in the third. Exploiting entanglement between the two ensembles, this state achieves roughly twice the precision attainable by the best bipartite separable state, which is a product of local Dicke states. For small ensembles, we explicitly identify measurement operators saturating the quantum Cram\'er-Rao bound, while for larger ensembles, we propose simpler but suboptimal schemes. In both cases, the gradient is estimated from second moments and correlations of angular momentum operators. Our results demonstrate how the metrological properties of Dicke states can be exploited for quantum-enhanced multiparameter estimation.
- Abstract（参考訳）: 2つの空間的に分離されたスピンアンサンブルを用いて3つの空間軸に沿った勾配と均質背景場の磁力測定を行った。
これらのパラメータの達成可能な推定精度のトレードオフ関係を導出する。
等質場推定に最適であるディック状態は、スピンを1つのサブアンサンブルで回転させることにより、磁場勾配に敏感な状態に局所的に回転させることができる。
これらの方向における同種場の感度の関数として、3つの直交方向の勾配距離論の精度境界を決定する。
その結果、部分的に反転したディック状態は上記の境界を飽和させ、2方向には同様の感度を示すが、3方向には著しく感度を低下させる。
2つのアンサンブル間の絡み合いを爆発させると、この状態は地元のディック状態の産物である最高の二部分離状態によって達成できる精度の約2倍に達する。
小さなアンサンブルに対しては、量子クラム・ラオ境界を飽和させる測度演算子を明示的に同定する一方、より大きなアンサンブルに対しては、より単純だが準最適スキームを提案する。
どちらの場合も、勾配は第二モーメントと角運動量作用素の相関から推定される。
この結果から,Dicke状態のメトロジー特性を量子化マルチパラメータ推定に活用できることが示唆された。
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