論文の概要: Nonlinearity-enhanced Quantum Sensing in Discrete Time Crystal Probes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.25286v1
• Date: Tue, 28 Apr 2026 06:48:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-29 16:49:17.742092
• Title: Nonlinearity-enhanced Quantum Sensing in Discrete Time Crystal Probes
• Title（参考訳）: 離散時間結晶プローブにおける非線形量子センシング
• Authors: Rozhin Yousefjani, Shaikha Al-Naimi, Saif Al-Kuwari, Abolfazl Bayat,
• Abstract要約: 本研究では, 乱れのない離散時間結晶プローブを用いて, 結合パラメータの量子化推定を行うことができることを示す。 また、不完全パルスの効果を分析し、このような不完全性は、進化した状態に符号化された情報を抑圧するよりも、強化することができることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Discrete time crystals are non-equilibrium phases of matter in periodically driven systems, characterized by robust subharmonic oscillations and broken discrete time-translation symmetry. Their long-lived coherent dynamics and resilience to imperfections make them promising resources for quantum sensing. A disorder-free discrete-time crystal probe can provide the quantum-enhanced estimation of the coupling parameter. Here, we extend this sensing mechanism to nonlinear interactions and show that this nonlinear profile strongly enhances the sensing precision by increasing the system-size scaling exponent of the quantum Fisher information. Our analytical discussion separates a rigorous seminorm upper bound from the physically relevant scaling realized by product-state probes in the time crystal regime. Numerically, we find that the quantum Fisher information retains its quadratic long-time growth with the number of Floquet cycles, while its system-size exponent increases approximately linearly with the nonlinearity exponent, identifying nonlinearity as a resource for quantum-enhanced sensitivity. We further show that stronger nonlinearities shrink the time crystal stability window, making the probe more sensitive to small deviations from the resonant condition. We also analyze the effect of imperfect pulses and show that such imperfections can enhance, rather than suppress, the information encoded in the evolved state. Finally, we discuss a digital implementation of the nonlinear DTC sensing protocol using superconducting qubits.
• Abstract（参考訳）: 離散時間結晶は周期的に駆動される系の物質の非平衡相であり、ロバストな非調和振動と離散時間変換対称性を特徴とする。 長寿命のコヒーレント力学と不完全性に対するレジリエンスは、量子センシングのための有望な資源となる。 乱れのない離散時間結晶プローブは、結合パラメータの量子化推定を提供することができる。 本稿では,このセンサ機構を非線形相互作用に拡張し,この非線形プロファイルが量子フィッシャー情報のシステムサイズスケーリング指数を増大させることにより,センサの精度を強く向上させることを示す。 解析的な議論は、結晶状態における製品状態プローブによって実現された物理的に関連するスケーリングから、厳密なセミノルム上界を分離する。 数値的には、量子フィッシャー情報はその2次長周期成長をフロケサイクル数で維持するのに対し、システムサイズ指数は非線形指数とほぼ線形に増加し、非線形性を量子増強感度の資源として特定する。 さらに, 強い非線形性は時間結晶安定性の窓を小さくし, 共振状態からの小さな偏差に敏感であることを示す。 また、不完全パルスの効果を分析し、このような不完全性は、進化した状態に符号化された情報を抑圧するよりも、強化することができることを示す。 最後に,超伝導量子ビットを用いた非線形DTCセンシングプロトコルのディジタル実装について述べる。

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