論文の概要: A Realistic Framework for Quantum Sensing under Finite Resources

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.08306v1
• Date: Mon, 09 Mar 2026 12:28:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-10 15:13:15.911262
• Title: A Realistic Framework for Quantum Sensing under Finite Resources
• Title（参考訳）: 有限資源下での量子センシングのための現実的フレームワーク
• Authors: Zdeněk Hradil, Jaroslav Řeháček,
• Abstract要約: 量子フィッシャー情報(QFI)を用いた量子増強センシングのベンチマークが一般的である ここでは,有限資源下での量子センシングのための現実的なエンドツーエンドフレームワークを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum-enhanced sensing is commonly benchmarked using the quantum Fisher information (QFI), often interpreted as a direct indicator of achievable precision. However, this quantity acquires operational meaning only within a fully specified inference framework that consistently incorporates state preparation, measurement design, resource accounting, estimator construction, prior information, and finite data effects. Here we establish a realistic end-to-end framework for quantum sensing under finite resources and identify general principles required for operationally meaningful performance assessment. A central conceptual point is that the relevant unit of estimation is not a single detection event but the inference data set required to construct a consistent estimator. We apply this approach to several paradigmatic sensing strategies frequently cited in the literature. Revisiting phase estimation with NOON states within a Bayesian framework under equal total photon resources, we explicitly construct optimal estimators and show that such schemes offer no performance advantage over repeated classical interferometry for global phase estimation with finite prior width. The apparent Heisenberg-like scaling arises predominantly from prior constraints rather than from information gained in the measurement, which is operationally negligible in the resource-normalized sense considered here. We further analyse Holland-Burnett interferometry and homodyne detection with squeezed states, demonstrating how estimator construction and repetition number determine the attainable precision and when QFI provides a reliable diagnostic. Our results clarify the conditions under which nonclassical resources lead to genuine metrological advantages and provide a practical methodology for designing and evaluating quantum sensing protocols under realistic experimental constraints.
• Abstract（参考訳）: 量子化センシングは一般に量子フィッシャー情報(QFI)を用いてベンチマークされ、しばしば達成可能な精度の直接的な指標として解釈される。 しかし、この量は、状態準備、計測設計、資源会計、推定器構築、事前情報、有限データエフェクトを一貫して組み込んだ、完全に指定された推論フレームワーク内でのみ、運用上の意味を取得する。 ここでは、有限資源下での量子センシングのための現実的なエンドツーエンドフレームワークを構築し、運用上有意義な性能評価に必要な一般的な原理を同定する。 中心的な概念的ポイントは、推定の関連する単位が単一の検出イベントではなく、一貫した推定器を構築するのに必要な推論データセットであるということである。 本稿では,この手法を文献によく引用されるいくつかのパラダイム的センシング戦略に適用する。 ベイズ状態による位相推定を、同じ全光子資源の下で再検討し、最適推定器を明示的に構築し、これらのスキームが有限幅の大域位相推定に対する古典的干渉計の繰り返しによる性能上の優位性を示さないことを示す。 明らかにハイゼンベルクのようなスケーリングは、測定で得られた情報よりも、主に事前の制約から生じており、これはここで考慮された資源正規化の意味では運用上無視できる。 さらに、Horland-Burnett干渉計とホモダイン検出を圧縮状態で解析し、推定器の構成と繰り返し数が達成可能な精度をどのように決定し、QFIが信頼できる診断を提供するかを示す。 本研究は,非古典的資源が真の気象学的優位性をもたらす条件を明らかにし,現実的な実験的制約の下で量子センシングプロトコルを設計・評価するための実践的方法論を提供する。

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