論文の概要: Noise-Resilient Heisenberg-limited Quantum Sensing via Indefinite-Causal-Order Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.01404v1
• Date: Sun, 04 Jan 2026 07:02:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-06 16:25:22.325189
• Title: Noise-Resilient Heisenberg-limited Quantum Sensing via Indefinite-Causal-Order Error Correction
• Title（参考訳）: 不定次誤差補正による耐雑音性ハイゼンベルク制限量子センシング
• Authors: Hang Xu, Xiaoyang Deng, Ze Zheng, Tailong Xiao, Guihua Zeng,
• Abstract要約: ノイズ耐性量子情報処理のためのICOベースの量子誤り訂正プロトコルを提案する。 補助的な制御とノイズの進化を不確定な因果順にコヒーレントに配置することにより、結果として生じる非可換的干渉により、補助的なシステムがリアルタイムでエラーを隠蔽し修正することができる。 以上の結果から,ICOは気象QECの強力なリソースであり,ノイズ耐性量子情報処理のための広く適用可能なフレームワークであることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.748790520975914
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum resources can, in principle, enable Heisenberg-limited (HL) sensing, yet no-go theorems imply that HL scaling is generically unattainable in realistic noisy devices. While quantum error correction (QEC) can suppress noise, its use in quantum sensing is constrained by stringent requirements, including prior noise characterization, restrictive signal-noise compatibility conditions, and measurement-based syndrome extraction with global control. Here we introduce an ICO-based QEC protocol, providing the first application of indefinite causal order (ICO) to QEC. By coherently placing auxiliary controls and noisy evolution in an indefinite causal order, the resulting noncommutative interference enables an auxiliary system to herald and correct errors in real time, thereby circumventing the limitations of conventional QEC and restoring HL scaling. We rigorously establish the protocol for single- and multi-noise scenarios and demonstrate its performance in single-qubit, many-body, and continuous-variable platforms. We further identify regimes in which error correction can be implemented entirely by unitary control, without measurements. Our results reveal ICO as a powerful resource for metrological QEC and provide a broadly applicable framework for noise-resilient quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 量子資源は、原理的にはハイゼンベルク制限(HL)センシングを可能にするが、非ゴーの定理は、HLスケーリングが現実的なノイズのあるデバイスでは一般的には達成できないことを示唆している。 量子誤差補正(QEC)はノイズを抑制することができるが、量子センシングにおける使用は、事前のノイズ特性、制限された信号-ノイズ互換性条件、グローバル制御による計測に基づくシンドローム抽出など、厳密な要件によって制限される。 ここでは、ICOベースのQECプロトコルを導入し、不確定因果順序(ICO)をQECに初めて適用する。 不確定因果順に補助制御とノイズ進化を協調的に配置することにより、結果として生じる非可換的干渉により、補助系がリアルタイムで誤りを隠蔽し修正することが可能となり、従来のQECの限界を回避し、HLスケーリングを回復する。 単一およびマルチノイズシナリオのプロトコルを厳格に確立し、その性能をシングルキュービット、多体、連続可能なプラットフォームで実証する。 さらに, 誤差補正を単位制御で完全に実施できる機構を, 測定なしで同定する。 以上の結果から,ICOは気象QECの強力なリソースであり,ノイズ耐性量子情報処理のための広く適用可能なフレームワークであることがわかった。

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