論文の概要: Non-commutativity as a Universal Characterization for Enhanced Quantum Metrology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22280v1
• Date: Thu, 27 Nov 2025 10:03:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.497288
• Title: Non-commutativity as a Universal Characterization for Enhanced Quantum Metrology
• Title（参考訳）: 量子メトロロジーの普遍的キャラクタリゼーションとしての非可換性
• Authors: Ningxin Kong, Haojie Wang, Mingsheng Tian, Yilun Xu, Geng Chen, Yu Xiang, Qiongyi He,
• Abstract要約: 我々は、エンコーディングプロセス中に演算子間の非可換性の深さを定量化するnilpotency index $mathcalK$を導入する。 有限$mathcalK$はルート平均二乗誤差の拡張スケーリングを$N- (1+mathcalK)$とすることを示す。 注目すべきは、mathcalK から infty$ への極限において、指数的精度スケーリング $N-1e-N$ は達成可能であることである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.709867911704924
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A central challenge in quantum metrology is to effectively harness quantum resources to surpass classical precision bounds. Although recent studies suggest that the indefinite causal order may enable sensitivities to attain the super-Heisenberg scaling, the physical origins of such enhancements remain elusive. Here, we introduce the nilpotency index $\mathcal{K}$, which quantifies the depth of non-commutativity between operators during the encoding process, can act as a fundamental parameter governing quantum-enhanced sensing. We show that a finite $\mathcal{K}$ yields an enhanced scaling of root-mean-square error as $N^{-(1+\mathcal{K})}$. Meanwhile, the requirement for indefinite causal order arises only when the nested commutators become constant. Remarkably, in the limit $\mathcal{K} \to \infty$, exponential precision scaling $N^{-1}e^{-N}$ is achievable. We propose experimentally feasible protocols implementing these mechanisms, providing a systematic pathway towards practical quantum-enhanced metrology.
• Abstract（参考訳）: 量子力学における中心的な課題は、古典的な精度境界を超えるために量子資源を効果的に活用することである。 近年の研究では、不定因果順序が超ハイゼンベルクスケーリングを達成するための感度を向上させる可能性が示唆されているが、そのような拡張の物理的起源はいまだ解明されていない。 ここでは、エンコーディング過程における演算子間の非可換性の深さを定量化するnilpotency index $\mathcal{K}$を導入し、量子エンハンスセンシングを規定する基本的なパラメータとして機能する。 有限$\mathcal{K}$は、ルート平均二乗誤差の拡張スケーリングを$N^{-(1+\mathcal{K})}$とすることを示す。 一方、不確定因果順序の要求は、ネストされた通勤者が一定になるときにのみ生じる。 注目すべきは、極限 $\mathcal{K} \to \infty$ において、指数的精度スケーリング $N^{-1}e^{-N}$ は達成可能であることである。 本稿では,これらの機構を実装した実験的に実現可能なプロトコルを提案する。

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