論文の概要: The Multiparameter Frontier: Metrological Hierarchy and Robustness in Dispersive Quantum Interferometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.14420v1
• Date: Mon, 16 Feb 2026 03:08:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-17 16:22:50.05447
• Title: The Multiparameter Frontier: Metrological Hierarchy and Robustness in Dispersive Quantum Interferometry
• Title（参考訳）: 多パラメータフロンティア:分散量子干渉計におけるメトロロジカル階層とロバスト性
• Authors: Lucas Ferreira R. de Moura, Daniel Y. Akamatsu, G. D. de Moraes Neto, Norton G. de Almeida,
• Abstract要約: 逆温度の同時推定のための分散量子温度測定プロトコルを提案する。 量子フィッシャー情報行列の閉形式式を導出する。 我々は、IBMの textttibm_torino プロセッサ上でのデジタル量子回路実装により、これらの予測を検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a dispersive quantum thermometry protocol for simultaneous estimation of inverse temperature $β$ and interaction strength $x$ using a nonlinear Mach-Zehnder interferometer coupled to a thermal ancilla. We derive closed-form expressions for the quantum Fisher information matrix, establishing that metrological performance depends solely on the thermal visibility $\mathcal{V}(β)$ and its derivative. The output state remains diagonal in photon-number basis, making photon counting globally optimal and saturating the multiparameter quantum Cramér-Rao bound without adaptive feedback. Moving beyond ideal unitary evolution, we analyze protocol robustness under concurrent amplitude and phase damping. Using Fisher Information Susceptibility, we establish a clear hierarchy: NOON states offer maximal theoretical sensitivity but exhibit exponential fragility to loss, rendering them impractical. Squeezed vacuum states emerge as robust candidates for steady-state sensing, while cat states prove compelling for transient thermometry by retaining significant coherence after photon loss. We validate these predictions through digital quantum circuit implementation on IBM's \texttt{ibm_torino} processor. Experimental results confirm the predicted Fisher information landscape while revealing systematic noise-induced biases, demonstrating that current NISQ hardware can effectively benchmark fundamental trade-offs in multiparameter quantum sensing.
• Abstract（参考訳）: 熱アンシラに結合した非線形マッハ・ツェンダー干渉計を用いて逆温度$β$と相互作用強度$x$を同時推定するための分散量子温度測定プロトコルを提案する。 量子フィッシャー情報行列の閉形式式を導出し,熱可視性$\mathcal{V}(β)$とその微分にのみ依存することを示す。 出力状態は光子数ベースで対角的に保たれており、光子計数は大域的に最適であり、適応的なフィードバックを伴わずに多パラメータ量子クラメルラオを飽和させる。 理想的なユニタリ進化を超えて、コンカレント振幅と位相減衰の下でプロトコルのロバスト性を分析する。 NOON状態は最大理論的感度を提供するが、損失に対する指数的な脆弱性を示し、それらを非現実的なものにする。 スクイーズド真空状態は定常状態検知の頑健な候補として出現し、一方、猫状態は光子喪失後の顕著なコヒーレンスを維持することによって、過渡的な温度測定に説得力があることを証明している。 我々は,IBM の \texttt{ibm_torino} プロセッサ上でのディジタル量子回路実装により,これらの予測を検証する。 NISQハードウェアは、マルチパラメータ量子センシングにおける基本的なトレードオフを効果的にベンチマークできることを実証した。

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