論文の概要: Scaling Enhancement in Distributed Quantum Sensing via Causal Order Switching

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.14708v1
• Date: Wed, 21 Jan 2026 06:54:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-22 21:27:50.266911
• Title: Scaling Enhancement in Distributed Quantum Sensing via Causal Order Switching
• Title（参考訳）: 因果次数スイッチングによる分散量子センシングのスケーリング向上
• Authors: Binke Xia, Zhaotong Cui, Jingzheng Huang, Yuxiang Yang, Guihua Zeng,
• Abstract要約: 因果次数スイッチを循環ネットワークに組み込んだプロトコルを提案し、単一のプローブでN個の独立センサをシーケンシャルに問い合わせることを可能にする。 我々は、最大9個のセンサからなる自由空間量子光学ネットワークにおいて、分散ビーム傾き検出のためのこの方式を実験的に実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.415848346130408
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Sensing networks underpin applications from fundamental physics to real-world engineering. Recently, distributed quantum sensing (DQS) has been investigated to boost the sensing performance, yet current schemes typically rely on entangled probes that are fragile to noise and difficult to scale. Here, we propose a DQS protocol that incorporates a causal-order switch into a cyclic network, enabling a single probe to sequentially query N independent sensors in a coherent superposition or a probabilistic mixture of opposite causal orders. By exploiting the noncommutativity between propagation and sensing processes, our scheme achieves a 1/N^2-scaling precision limit without involving entangled probes. Importantly, our approach utilizes a classical mixture of causal orders rather than a quantum switch, making it more feasible for practical realization. We experimentally implement this scheme for distributed beam tilts sensing in a free-space quantum optical network comprising up to 9 sensors, achieving picoradian-scale precision in estimating tilt angle. Our results demonstrate a robust and scalable DQS protocol that surpasses the conventional 1/N Heisenberg scaling in precision, advancing the practical deployment of quantum sensing networks.
• Abstract（参考訳）: センシングネットワークは、基礎物理学から実世界の工学への応用の基盤となっている。 近年、分散量子センシング(DQS)は、検知性能を高めるために研究されているが、現在のスキームは通常、ノイズに脆弱でスケールが難しい絡み合ったプローブに依存している。 本稿では、因果順序スイッチを循環ネットワークに組み込んだDQSプロトコルを提案する。これにより、単一プローブがコヒーレントな重ね合わせや逆因果順序の確率混合において、N個の独立センサを逐次クエリできる。 伝播過程とセンシング過程の非可換性を利用して、1/N^2スケーリング精度の限界を、絡み合ったプローブを伴わずに達成する。 重要なことに、我々の手法は量子スイッチではなく古典的な因果順序の混合を利用しており、現実的な実現がより可能になっている。 我々は、最大9個のセンサからなる自由空間量子光学ネットワークにおいて、分散ビーム傾き検出のためのこのスキームを実験的に実装し、傾きを推定するピコラディアンスケールの精度を実現した。 その結果,従来の1/Nハイゼンベルクスケールを超越した,堅牢でスケーラブルなDQSプロトコルが実証され,量子センシングネットワークの実用化が進んでいる。

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