論文の概要: Optimal Displacement Sensing with Spin-Dependent Squeezed States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.25870v1
• Date: Wed, 29 Oct 2025 18:11:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.535101
• Title: Optimal Displacement Sensing with Spin-Dependent Squeezed States
• Title（参考訳）: スピン依存型スクイーズ状態による最適変位検出
• Authors: Liam J. Bond, Christophe H. Valahu, Athreya Shankar, Ting Rei Tan, Arghavan Safavi-Naini,
• Abstract要約: スピン依存圧縮(SDS)状態を用いた新しい多体変位検出手法を提案する。 SDS状態が準最適であること、すなわち量子クラムエル・ラオ境界がハイゼンベルク極限を飽和していることが示される。 センサプロトコルの潜在的な応用は、単一光子散乱の測定からダークマターの探索まで多岐にわたる。
• 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: Displacement sensing is a fundamental task in metrology. However, the development of quantum-enhanced sensors that fully utilize the available degrees of freedom in many-body quantum systems remains an outstanding challenge. We propose novel many-body displacement sensing schemes that use spin-dependent squeezed (SDS) states -- hybrid spin-boson states whose bosonic squeezed quadrature is conditioned on an auxiliary spin. We prove that SDS states are \emph{optimal}, i.e. their quantum Cram\'{e}r-Rao bound saturates the Heisenberg limit. We propose explicit measurement sequences that can be readily implemented in systems such as trapped ions. We also introduce a scalable state-preparation protocol and numerically demonstrate the preparation of $8.7$~dB of spin-dependent squeezing $15$ times faster than the standard approach using second-order sidebands in trapped ions. The potential applications of our sensing protocols range from measuring single-photon scattering to searches for dark matter.
• Abstract（参考訳）: 変位検知は気象学の基本的な課題である。 しかし、多体量子システムで利用可能な自由度を完全に活用する量子強化センサーの開発は、依然として顕著な課題である。 本研究では,スピン依存圧縮(SDS)状態を用いる新しい多体変位検出手法を提案する。 SDS 状態が \emph{optimal} であること、すなわちそれらの量子 Cram\'{e}r-Rao 境界がハイゼンベルク極限を飽和させることを証明している。 トラップイオンなどのシステムで容易に実装可能な明示的な測定シーケンスを提案する。 また、スケーラブルな状態準備プロトコルを導入し、スピン依存型スクイーズの8.7$~dBの調製を、トラップイオン中の2次サイドバンドを用いた標準手法の15ドル倍の速さで数値的に示す。 センサプロトコルの潜在的な応用は、単一光子散乱の測定からダークマターの探索まで多岐にわたる。

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