論文の概要: Information-Scrambling-Enhanced Quantum Sensing Beyond the Standard Quantum Limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21157v1
- Date: Wed, 24 Dec 2025 13:05:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.782651
- Title: Information-Scrambling-Enhanced Quantum Sensing Beyond the Standard Quantum Limit
- Title（参考訳）: 標準量子限界を超えた情報スクランブル型量子センシング
- Authors: Yangyang Ge, Haoyu Zhou, Wen Zheng, Xiang-Min Yu, Wei Fang, Zhenchuan Zhang, Wanli Huang, Xiang Deng, Haoyang Cai, Xianke Li, Kun Zhou, Hanxin Che, Tao Zhang, Lichang Ji, Yu Zhang, Jie Zhao, Shao-Xiong Li, Xinsheng Tan, Yang Yu,
- Abstract要約: 超伝導量子プロセッサ上に実装されたスケーラブルでスクランブル型量子センシングプロトコルを実験的に実証した。
量子情報のスクランブルを利用して、このプロトコルは局所的な相互作用を非局在化された気象学的に有用な相関に変換し、ロバストな信号増幅を可能にする。
この研究は、有望な実験プラットフォームによる実用的な量子センシングの利点への、容易にスケーラブルな道を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.972499920814034
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensing promises measurement precision beyond classical limits, but its practical realization is often hindered by decoherence and the challenges of generating and stabilizing entanglement in large-scale systems. Here, we experimentally demonstrate a scalable, scrambling-enhanced quantum sensing protocol, referred to as butterfly metrology, implemented on a cross-shaped superconducting quantum processor. By harnessing quantum information scrambling, the protocol converts local interactions into delocalized metrologically useful correlations, enabling robust signal amplification through interference of the scrambled and polarized quantum states. We validate the time-reversal ability via Loschmidt echo measurements and quantify the information scrambling through out-of-time-ordered correlators, establishing the essential quantum resources of our protocol. Our measurements reveal that the sensing sensitivity surpasses the standard quantum limit (SQL) with increasing qubit number, reaching 3.78 in a 9-qubit configuration, compared to the SQL of 3.0. The scheme further exhibits inherent robustness to coherent control errors and probed signal noise. This work demonstrates a readily scalable path toward practical quantum sensing advantages with prevalent experimental platforms.
- Abstract（参考訳）: 量子センシングは古典的限界を超える測定精度を約束するが、その実践的実現はデコヒーレンスと大規模システムにおける絡み合いの生成と安定化の難しさによってしばしば妨げられる。
ここでは,超伝導量子プロセッサ上に実装された,スケーラブルでスクランブル型量子センシングプロトコルを実験的に実証する。
量子情報のスクランブルを利用することにより、このプロトコルは局所的な相互作用を非局在化されたメロジカルな相関に変換し、スクランブルされた量子状態と偏極化された量子状態の干渉によってロバストな信号増幅を可能にする。
我々はLoschmidtエコー測定による時間反転能力を検証し、アウト・オブ・タイム・オー・オー・オー・オー・タイムの相関器を介する情報を定量化し、我々のプロトコルの不可欠な量子資源を確立する。
測定の結果,知覚感度は量子ビット数の増加とともに標準量子限界(SQL)を超え,9量子ビット構成で3.78に達した。
このスキームは、コヒーレントな制御誤差とプローブ信号ノイズに固有の堅牢性を示す。
この研究は、有望な実験プラットフォームによる実用的な量子センシングの利点への、容易にスケーラブルな道を示す。
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