論文の概要: Precision limit under weak-coupling with ancillary qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.15354v1
• Date: Wed, 21 Jan 2026 06:01:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-23 21:37:20.370617
• Title: Precision limit under weak-coupling with ancillary qubit
• Title（参考訳）: Acillary qubit を用いた弱カップリング時の精度限界
• Authors: Peng Chen, Jun Jing,
• Abstract要約: 本稿では,複合モデルを用いた計測に基づく量子メトロジープロトコルを提案する。 スピンアンサンブルは、一般のハイゼンベルク XXZ 相互作用を持つ補助的な2レベル系 (qubit) に結合される。 我々は、量子ビット上の無条件測定がグリーンベルガー・ホーネ・ゼーリンガー状態を置き換えるための効率的な資源になることを示唆する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.687781331131875
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a measurement-based quantum metrology protocol in a composite model, where the probe system (a spin ensemble) is coupled to an ancillary two-level system (qubit) with a general Heisenberg XXZ interaction. With an optimized and weak probe-ancilla coupling strength and a proper duration of joint evolution, the two parallel evolution paths of the probe system induced by the unconditional measurement on qubit can transform an eigenstate of the collective angular momentum operator of spin ensemble to be a two-component state with a large distance in eigenspace. The quantum Fisher information about the phase encoded in the probe system of polarized states or their superposition, that could be relaxed to mixed states, can therefore manifest an exact or asymptotic quadratic scaling with respect to the probe size (spin number) $N$. The quadratic scaling behavior is found to be insensitive to the imperfect encoding operator and coupling strength. By virtue of the parity detection on the ancillary qubit or the probe system, the phase sensitivity can approach the Heisenberg limit. We suggest that the unconditional measurement on qubit could become an efficient resource to replace Greenberger-Horne-Zeilinger-like states and squeezing Hamiltonian for exceeding the standard quantum limit in metrology precision.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,プローブ系(スピンアンサンブル)を一般のハイゼンベルクXXZ相互作用を持つ2段階系(量子ビット)に結合する複合モデルにおける測定ベースの量子メトロジープロトコルを提案する。 最適化された弱いプローブ-アンシラ結合強度と結合の適切な持続時間により、クビット上の無条件測定によって誘導されるプローブ系の2つの平行な進化経路は、スピンアンサンブルの集合角運動量作用素の固有状態を固有空間において大きな距離を持つ2成分状態に変換することができる。 偏極状態のプローブ系またはそれらの重ね合わせで符号化された位相に関する量子フィッシャー情報は、混合状態に緩和されうるので、プローブサイズ(スピン数)$N$に対して正確なまたは漸近的な二次スケーリングを示すことができる。 二次スケーリング挙動は、不完全な符号化演算子と結合強度に不感であることがわかった。 アシリーキュービットやプローブシステムのパリティ検出により、位相感度はハイゼンベルク限界に近づくことができる。 量子ビット上の非条件測定は、グリーンベルガー・ホルン・ザイリンガー状態に置き換わる効率的な資源となり、メトロジー精度の標準量子限界を超えるハミルトニアンをスクイーズすることを示唆する。

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