論文の概要: Time-Multiplexed Distributed Quantum Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.18807v1
• Date: Thu, 19 Mar 2026 11:57:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-20 17:19:06.132366
• Title: Time-Multiplexed Distributed Quantum Sensing
• Title（参考訳）: 時間多重分散量子センシング
• Authors: Hanbom Yoo, Hyukgun Kwon, Seongjin Hong,
• Abstract要約: ハイゼンベルクのスケーリングは分散量子センシングにおいて1/N2$から1/(NM)2$に拡張されている。 時間領域多重化によるテンポラリモード間の絡み合いを利用して、$R$に対するスケーリングの優位性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum metrology enables parameter estimation beyond classical limits by exploiting nonclassical resources such as squeezing and entanglement. In distributed quantum sensing, Heisenberg scaling has been extended from $1/N^2$ to $1/(NM)^2$ through entanglement across both particles and spatial modes, where $N$ denotes the photon number and $M$ the number of spatially distributed modes. However, the overall sensitivity has remained limited to linear scaling with the number of measurement repetitions $R$. Here, we show that exploiting entanglement across temporal modes via time-domain multiplexing enables a scaling advantage with respect to $R$. As a result, the sensitivity can asymptotically approach simultaneous Heisenberg scaling in photons, spatial modes, and repetitions, yielding an overall sensitivity approaching $Δ^2 φ\propto 1/(NMR)^2$. Using the Bogoliubov transformation formalism, we prove the optimality of the protocol within the class of Gaussian states and show that the scaling is realizable via homodyne detection and maximum-likelihood estimation. We further show that the advantage persists under optical loss and propose an experimentally feasible loop-based photonic sensing scheme. Our results open a route to incorporating time-multiplexing techniques into quantum metrology.
• Abstract（参考訳）: 量子メートル法は、スクイーズや絡み合いのような非古典的な資源を活用することによって、古典的限界を超えるパラメータ推定を可能にする。 分散量子センシングにおいて、ハイゼンベルクのスケーリングは1/N^2$から1/(NM)^2$に拡張され、粒子と空間モードの両方の絡み合いにより、$N$は光子数を表し、$M$は空間的に分散されたモードの数を表す。 しかしながら、全体的な感度は、測定繰り返し数$R$で線形スケーリングに制限されている。 ここでは、時間領域多重化による時間モード間の絡み合いを利用して、$R$に対するスケーリングの優位性を示す。 その結果、感度は光子、空間モード、繰り返しにおけるハイゼンベルクの同時スケーリングに漸近的に近づき、総感度は$Δ^2 φ\propto 1/(NMR)^2$となる。 ボゴリボフ変換形式を用いて、ガウス状態のクラスにおけるプロトコルの最適性を証明し、そのスケーリングがホモダイン検出と最大類似度推定によって実現可能であることを示す。 さらに、この利点は光損失下で持続することを示し、実験可能なループベースフォトニックセンシング方式を提案する。 我々の結果は、時間多重化技術を量子気象学に組み込むための道を開く。

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