論文の概要: Quantum Metrology under Coarse-Grained Measurement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.16106v1
• Date: Thu, 22 Jan 2026 16:54:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-23 21:37:20.657427
• Title: Quantum Metrology under Coarse-Grained Measurement
• Title（参考訳）: 粗粒度測定による量子メトロロジー
• Authors: Byeong-Yoon Go, Geunhee Gwak, Young-Do Yoon, Sungho Lee, Nicolas Treps, Jiyong Park, Young-Sik Ra,
• Abstract要約: 2つのビンしか持たない非常に粗い測定でさえ、標準量子限界を超える位相推定を可能にすることを示す。 粗粒ホモダイン検出における量子強調位相推定実験を行った。 これらの結果は、厳密な実験的不完全性の存在下で量子増強を達成するための実践的な経路を浮き彫りにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9121356595989494
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: While quantum metrology enables measurement precision beyond classical limits, its performance is often susceptible to experimental imperfections. Most prior studies have focused on imperfections in quantum states and operations. Here, we investigate the effect of coarse graining in quantum measurement through both theoretical analysis and experimental demonstration. Using an interferometer with a squeezed vacuum and a laser input, we analyze how coarse graining in homodyne detection affects the precision of phase estimation. We evaluate the Fisher information under various coarse-graining conditions and determine, in each case, an optimal estimation strategy that saturates the Cramér-Rao bound. Remarkably, even extremely coarse-grained measurement -- with only two bins -- enables phase estimation beyond the standard quantum limit and even achieves a precision that follows the Heisenberg scaling. We experimentally demonstrate quantum-enhanced phase estimation under coarse-grained homodyne detection. To determine an optimal estimation strategy, we employ the method of moments and present calibration procedures that enable its application to general experimental settings. Using only two bins, we observe a quantum enhancement of 1.2 dB compared to the classical method using the ideal measurement, improving towards 3.8 dB as the bin number increases. These results highlight a practical pathway to achieving quantum enhancement under the presence of severe experimental imperfections.
• Abstract（参考訳）: 量子気象学は古典的限界を超える精度の測定を可能にするが、その性能は実験的な不完全性の影響を受けやすいことが多い。 これまでのほとんどの研究は、量子状態や演算における不完全性に焦点を当ててきた。 本稿では,量子計測における粗粒化の効果を理論的解析と実験的実証の両方を通して検討する。 減圧真空とレーザ入力による干渉計を用いて, ホモダイン検出における粗粒化が位相推定の精度に与える影響を解析した。 我々は,様々な粗粒化条件下でフィッシャー情報を評価し,それぞれの場合において,クラメロ-ラオ境界を飽和させる最適推定戦略を決定する。 注目すべきは、非常に粗い粒度の測定(ビンが2つしか持たない)でさえ、標準量子限界を超える位相推定を可能にし、ハイゼンベルクのスケーリングに続く精度を達成できることである。 粗粒ホモダイン検出における量子強調位相推定実験を行った。 最適推定戦略を決定するために,モーメント法とキャリブレーション法を用い,その応用を一般的な実験環境に適用する。 2つのビンのみを用いて、理想的な測定法に比べて1.2dBの量子増強を観測し、ビン数が増加するにつれて3.8dBに改善した。 これらの結果は、厳密な実験的不完全性の存在下で量子増強を達成するための実践的な経路を浮き彫りにしている。

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