論文の概要: Quantum information of optical magnetometry: Semiclassical Cramer-Rao bound violation and Heisenberg scaling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.01820v1
- Date: Mon, 05 Jan 2026 06:23:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-06 16:25:22.782947
- Title: Quantum information of optical magnetometry: Semiclassical Cramer-Rao bound violation and Heisenberg scaling
- Title（参考訳）: 光磁気計測の量子情報:半古典的クレーマー・ラオ境界違反とハイゼンベルクスケーリング
- Authors: Georg Engelhardt, Ming Li, Xingchang Wang, JunYan Luo, J. F. Chen,
- Abstract要約: 光磁気センサはファラデー効果によって誘導される線形偏光レーザー光の回転を利用して高精度の磁場測定を行う。
ここでは、より詳細な量子情報の調査を行い、2つの異なるモデルをデプロイする。
両モデルの比較は、ハイゼンベルクのスケーリングが、他の非相互作用量子系における測定誘起量子相関の結果であることを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.141596800569471
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Optical magnetometers use the rotation of linearly polarized laser light induced by the Faraday effect for high precision magnetic field measurements. Here, we carry out an in-depth quantum information investigation, deploying two distinct models: The first, semiclassical model can violate the quantum Cramer-Rao bound by several orders of magnitude for weak dissipation and large atom numbers, invalidating the semiclassical approach in this parameter regime. The second model, describing the atoms as a collective spin, respects the Cramer-Rao bound for all parameters. Interestingly, the collective model also predicts Heisenberg scaling for the quantum Fisher information. The comparison of both models shows that Heisenberg scaling is a result of measurement-induced quantum correlation in an otherwise non-interacting quantum system. As the Heisenberg scaling appears in a stationary state of a macroscopic quantum system, it can be thus viewed as a new paradigm in quantum sensing. Intriguingly, the comparison of both models with experimental data can constitute a test for the foundations of quantum mechanics in a macroscopic ensemble of atoms.
- Abstract（参考訳）: 光磁気センサはファラデー効果によって誘導される線形偏光レーザー光の回転を利用して高精度の磁場測定を行う。
第一の半古典的モデルは、弱い散逸と大きな原子番号のために数桁のスケールで制限された量子クレーマー・ラオを破り、このパラメータ体系における半古典的アプローチを無効にすることができる。
2つ目のモデルは、原子を集合スピンとして記述し、全てのパラメータに対してクレイマー・ラオ境界を尊重する。
興味深いことに、この集合モデルは量子フィッシャー情報に対するハイゼンベルクのスケーリングも予測する。
両モデルの比較は、ハイゼンベルクのスケーリングが、他の非相互作用量子系における測定誘起量子相関の結果であることを示している。
ハイゼンベルクのスケーリングは、マクロ量子系の定常状態に現れるため、量子センシングにおける新しいパラダイムと見なすことができる。
興味深いことに、両方のモデルと実験データの比較は、原子のマクロ的なアンサンブルにおける量子力学の基礎のテストを構成することができる。
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