論文の概要: Entanglement Witnesses of Condensation for Enhanced Quantum Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.17749v1
- Date: Fri, 21 Nov 2025 20:00:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-25 18:34:24.398215
- Title: Entanglement Witnesses of Condensation for Enhanced Quantum Sensing
- Title（参考訳）: 量子センシングのための凝縮の絡み合いの幅
- Authors: Lilian I. Payne Torres, Irma Avdic, Anna O. Schouten, Olivia C. Wedig, Gregory S. Engel, David A. Mazziotti,
- Abstract要約: スピン量子ビットの集合的絡み合いは、基底状態と励起スピン状態の間の遷移を増幅することができることを示す。
結果は、凝縮にインスパイアされた絡み合いを利用してスピンベースのプラットフォームの感度を高める量子センサーの設計原則を提供する。
- 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: Quantum phenomena such as entanglement provide powerful resources for enhancing classical sensing. Here, we theoretically show that collective entanglement of spin qubits, arising from a condensation of particle-hole pairs, can strongly amplify transitions between ground and excited spin states, potentially improving signal contrast in optically detected magnetic resonance. This collective state exhibits an $\mathcal{O}(\sqrt{N})$ enhancement of the transition amplitude with respect to an applied microwave field, where $N$ is the number of entangled spin qubits. We computationally realize this amplification using an ensemble of $N$ triplet spins with magnetic dipole interactions, where the largest transition amplitudes occur at geometries for which the condensation of particle-hole pairs is strongest. This effect, robust to noise, originates from the concentration of entanglement into a single collective mode, reflected in a large eigenvalue of the particle-hole reduced density matrix -- an entanglement witness of condensation analogous to off-diagonal long-range order, though realized here in a finite system. These results offer a design principle for quantum sensors that exploit condensation-inspired entanglement to boost sensitivity in spin-based platforms.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いのような量子現象は、古典的な感覚を高めるための強力な資源となる。
ここでは, 粒子対の凝縮によって生じるスピン量子ビットの集合的絡み合いが, 基底状態と励起スピン状態の遷移を強く増幅し, 光磁気共鳴における信号コントラストを向上させる可能性が示唆された。
この集合状態は、印加されたマイクロ波場に対する遷移振幅の$\mathcal{O}(\sqrt{N})$拡張を示し、$N$は絡み合ったスピン量子ビットの数である。
磁気双極子相互作用を持つ$N$三重項スピンのアンサンブルを用いて、この増幅を計算的に実現し、粒子-ホール対の凝縮が最も強いジオメトリーにおいて、最も大きな遷移振幅が発生する。
この効果は、ノイズに強く、単一の集団モードへの絡み合いの集中に由来し、粒子ホール還元密度行列の大きな固有値に反映される。
これらの結果は、凝縮にインスパイアされた絡み合いを利用してスピンベースのプラットフォームの感度を高める量子センサーの設計原理を提供する。
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