論文の概要: Single-Ensemble Multiparameter Squeezing with Qudits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.26377v1
• Date: Mon, 25 May 2026 22:53:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-27 17:51:41.497843
• Title: Single-Ensemble Multiparameter Squeezing with Qudits
• Title（参考訳）: クイディットを用いた単一アンサンブル型マルチパラメータ・スクイーズ
• Authors: Xiaoshui Lin, Chunlei Qu, Chong Zu, Chuanwei Zhang,
• Abstract要約: 1つのアンサンブルは、各センサがキュービットからキューディットに昇格したときに、同時マルチパラメータスキューズをサポートすることができることを示す。 拡張性のあるメロジカルゲインを数値的に示し、ハミルトニアンと相互作用する集合的なツイストのような相互作用を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5249805590164902
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum-enhanced multiparameter sensing is often associated with distributed architectures or 2-anticoherent states, whereas squeezing in a single collective ensemble is typically limited to single-parameter metrology. Here, we show that a single ensemble can support simultaneous multiparameter squeezing when each sensor is promoted from a qubit to a qudit (i.e., spin with $d$ energy levels). We develop a general framework in which the optimal product probe state, the corresponding global readout observables, and the associated squeezing parameters are all determined from the single-site quantum Fisher information matrix. We then present a minimal qudit construction for two-parameter vector magnetic field sensing with local dimension $d=3$. We further identify a collective twisting-like interacting Hamiltonian that generates such multiparameter-squeezed states and numerically demonstrate scalable metrological gain. In particular, for a trapped-ion qutrit chain with power-law interactions, we obtain up to 12 dB enhancement in two-parameter sensing for $N=256$ sensors. Our results establish qudit-enabled multiparameter squeezing in a single ensemble as a distinct route to multiparameter quantum metrology with global readout, and highlight its potential advantage over distributed multi-ensemble strategies in the fixed-sensor-budget regime.
• Abstract（参考訳）: 量子増幅型マルチパラメータセンシングは分散アーキテクチャや2反コヒーレントな状態と結びついていることが多いが、単一集合のアンサンブルにおけるスクイーズは通常、単一パラメータのメトロジーに限られている。 ここでは、各センサがキュービットからqudit(つまり、$d$エネルギーレベルを持つスピン)に昇格したときに、単一のアンサンブルが同時マルチパラメータスキューズをサポートすることを示す。 本稿では, 最適製品プローブ状態, 対応する大域的可読性, および関連するスクイーズパラメータが, すべて単一部位の量子フィッシャー情報行列から決定される一般的なフレームワークを開発する。 次に、局所次元$d=3$で2パラメータベクトル磁界を感知する最小のキュディット構成を示す。 さらに、このような多パラメータな状態を生成するハミルトニアンの集合的なツイストのような相互作用を同定し、スケーラブルなメトロジーゲインを数値的に示す。 特に、パワー・ロー相互作用を持つイオン・クエット・チェーンでは、N=256$センサーの2パラメータ・センサで最大12dBの増強が得られる。 本研究は, 単一アンサンブルにおけるQudit対応マルチパラメトリックスキューズを, グローバルリードアウトによるマルチパラメーター量子メトロジーへの明確な経路として確立し, 固定センサ・バッジ方式における分散マルチアンサンブル戦略に対する潜在的な優位性を強調した。

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