論文の概要: Super-Heisenberg-limited Sensing via Collective Subradiance in Waveguide QED

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14463v1
• Date: Tue, 16 Dec 2025 14:49:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.753065
• Title: Super-Heisenberg-limited Sensing via Collective Subradiance in Waveguide QED
• Title（参考訳）: 導波路QEDにおける集団サブ放射による超ハイゼンベルク制限センシング
• Authors: Xin Wang, Zeyang Liao,
• Abstract要約: 本研究では,1次元ナノフォトニック導波路に結合したサブ波長空間エミッタアレイの量子力学的ポテンシャルについて検討する。 強い双極子-双極子相互作用は、集合的な光学応答を深く修正し、超狭小サブラジアント共鳴の出現に繋がる。 我々の研究は、多体導波路量子電磁力学と高精度センシングを橋渡しし、集積ナノフォトニクスプラットフォーム上でスケーラブルな量子センサへの道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6641231031729173
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We explore the quantum-metrological potential of subwavelength-spaced emitter arrays coupled to a one-dimensional nanophotonic waveguide. In this system, strong dipole--dipole interactions profoundly modify the collective optical response, leading to the emergence of ultranarrow subradiant resonances. Through an eigenmode analysis of the effective non-Hermitian Hamiltonian, we derive a universal scaling law for the decay rate of the most subradiant state, which exhibits an $ N^{-3} $ scaling with even-odd oscillatory behavior in the deep-subwavelength regime. This scaling is directly observable in the single-photon scattering spectrum, enabling the detection of minute changes in atomic separation with a figure of merit that scales as $ N^3 $. The quantum Fisher information (QFI) scales as $N^6$ and can be closely approached by measuring spectral shifts near the steepest slope of the most subradiant resonance. These enhancements remain robust under realistic positional disorder, confirming that dipole--dipole-engineered subradiance provides a viable resource for quantum metrology. Our work bridges many-body waveguide quantum electrodynamics and high-precision sensing, opening a route toward scalable quantum sensors on integrated nanophotonic platforms.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,1次元ナノフォトニック導波路に結合したサブ波長空間エミッタアレイの量子力学的ポテンシャルについて検討する。 このシステムでは、強い双極子-双極子相互作用が集合光学応答を深く修正し、超狭小サブラジアント共鳴が出現する。 実効非エルミートハミルトニアンの固有モード解析により、最もラジアン状態の崩壊率の普遍的なスケーリング法則が導出され、この法則は、深いサブ波長状態における偶発振動の振る舞いを伴う$N^{-3}のスケーリングを示す。 このスケーリングは単光子散乱スペクトルにおいて直接観測可能であり、原子分離における微小な変化をN^3$のスケールで検出することができる。 量子フィッシャー情報(QFI)は$N^6$とスケールし、最もラジアント共鳴の最も急勾配付近のスペクトルシフトを測定することで密接に接近することができる。 これらの拡張は、現実的な位置障害の下でも頑健であり、双極子-双極子工学的サブラジオアンスが量子メトロジーに有効な資源であることを確認した。 我々の研究は、多体導波路量子電磁力学と高精度センシングを橋渡しし、集積ナノフォトニクスプラットフォーム上でスケーラブルな量子センサへの道を開く。

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