論文の概要: Interference-induced state engineering and Hamiltonian control for noisy collective-spin metrology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.22734v1
• Date: Tue, 24 Mar 2026 02:58:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-25 19:53:37.265392
• Title: Interference-induced state engineering and Hamiltonian control for noisy collective-spin metrology
• Title（参考訳）: 干渉誘起状態工学と雑音性集団スピンメロジのためのハミルトン制御
• Authors: Le Bin Ho, Vu Xuan Tung Duong, Nozomu Takahashi, Hiroaki Matsueda,
• Abstract要約: 干渉は、多体量子系における絡み合いの生成と操作の基本的なメカニズムを提供する。 我々は,局所的および集合的放射,ポンプ,デファスティングなど,現実的なマルコフ雑音下での気象特性を解析した。 その結果, 非線形力学, 絡み合い生成, メロジカル性能を結合する統一原理として干渉が確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Interference provides a fundamental mechanism for generating and manipulating entanglement in many-body quantum systems. Here, we develop an interference framework in which the nonlinear dynamics of collective spin-$\tfrac{1}{2}$ ensembles are mapped onto phase accumulation and self-interference in phase space, providing a direct and physically transparent description of entanglement formation. Within this framework, one-axis twisting produces Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states, while two-axis twisting generates multi-component GHZ superpositions relevant for multiparameter quantum metrology. Building on this interference-based description, we analyze metrological performance under realistic Markovian noise, including local and collective emission, pumping, and dephasing, and examine the role of Hamiltonian control based on linear and nonlinear interactions. We show that while control can enhance single-parameter sensitivity in a noise-dependent regime, the achievable precision in multiparameter estimation is fundamentally constrained. These results establish interference as a unifying principle linking nonlinear dynamics, entanglement generation, and metrological performance, and reveal intrinsic limitations of multiparameter quantum sensing. Our framework provides broadly applicable insight into the design of robust quantum-enhanced measurement protocols in noisy many-body systems.
• Abstract（参考訳）: 干渉は、多体量子系における絡み合いの生成と操作の基本的なメカニズムを提供する。 ここでは,集合スピン=$\tfrac{1}{2}$アンサンブルの非線形ダイナミクスを位相空間の位相蓄積と自己干渉にマッピングし,エンタングルメント生成の直接的かつ物理的に透過的な記述を提供する干渉フレームワークを開発する。 この枠組みの中で、1軸ツイストリングはグリーンバーガー・ホーネ・ザイリンガー状態(GHZ)を生成し、2軸ツイストリングはマルチパラメータ量子メトロジーに関連する多成分GHZ重ね合わせを生成する。 この干渉に基づく記述に基づいて,局所的および集合的放出,ポンプ,デファスティングを含む現実的なマルコフ雑音下での気象特性を解析し,線形および非線形相互作用に基づくハミルトン制御の役割について検討した。 ノイズ依存型システムでは,制御は単一パラメータ感度を高めることができるが,マルチパラメータ推定における達成可能な精度は基本的に制約されている。 これらの結果は, 非線形ダイナミクス, 絡み合い生成, メソジカル性能を結合する統一原理として干渉を確立し, マルチパラメータ量子センシングの本質的な限界を明らかにする。 我々のフレームワークは、ノイズの多い多体システムにおけるロバスト量子化測定プロトコルの設計について、広く適用可能な知見を提供する。

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