論文の概要: Instability-Enhanced Quantum Sensing with Tunable Multibody Interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.05047v1
• Date: Mon, 06 Apr 2026 18:01:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-08 17:42:09.423882
• Title: Instability-Enhanced Quantum Sensing with Tunable Multibody Interactions
• Title（参考訳）: 可変多体相互作用による不安定な量子センシング
• Authors: Bidhi Vijaywargia, Jorge Chávez-Carlos, Francisco Pérez-Bernal, Lea F. Santos,
• Abstract要約: 動的不安定性は、測定可能な信号に小さな摂動を増幅することができる。 ハミルトニアンの四次拡大が増幅を著しく増大させることを示す。 本研究では,量子センサの速度と性能を最適化するための資源として位相空間曲率を同定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Dynamical instabilities can amplify small perturbations into measurable signals, offering a route to quantum-enhanced sensing. This mechanism was experimentally demonstrated in a collective-spin system with quadratic interactions, described by a twisting-and-turning Hamiltonian, where quantum evolution near an unstable point leads to exponential growth of spin fluctuations, enabling metrological gain beyond the standard quantum limit. Here, we show that a quartic extension of this Hamiltonian substantially increases the amplification. The additional nonlinear term reshapes the phase-space structure, generating new unstable points and accelerating signal amplification. As a result, enhanced sensitivity is achieved within experimentally accessible coherence times. Remarkably, even at fixed instability rate (equal Lyapunov exponent), multibody interactions outperform the quadratic case due to enhanced short-time dynamics. We analyze the classical and quantum behavior of the multibody model and discuss its experimental implementations. Our results identify phase-space curvature as a resource for optimizing the speed and performance of quantum sensors.
• Abstract（参考訳）: 動的不安定性は、測定可能な信号への小さな摂動を増幅し、量子増強センシングへの経路を提供する。 このメカニズムは、2次相互作用を持つ集団スピン系において実験的に実証され、不安定な点付近の量子進化がスピン変動の指数関数的な成長につながり、標準量子限界を超えるメトロジカルゲインが実現されるハミルトニアンによって記述された。 ここでは、このハミルトニアンの四次拡大が増幅を著しく増加させることを示す。 追加の非線形項は位相空間構造を再評価し、新しい不安定な点を生成し、信号増幅を加速する。 その結果、実験的なコヒーレンス時間内に高感度化が達成された。 顕著なことに、固定不安定度(等式Lyapunov指数)でも、短時間ダイナミクスの強化により、多体相互作用は二次的なケースよりも優れている。 マルチボディモデルの古典的および量子的挙動を解析し,その実験的実装について議論する。 本研究では,量子センサの速度と性能を最適化するための資源として位相空間曲率を同定した。

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