論文の概要: Engineered Randomness for Ubiquitous Quantum-Enhanced Metrology in Exponential-Dimensional Manifolds

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.31442v1
• Date: Fri, 29 May 2026 15:39:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-01 20:56:50.706069
• Title: Engineered Randomness for Ubiquitous Quantum-Enhanced Metrology in Exponential-Dimensional Manifolds
• Title（参考訳）: 指数次元多様体におけるユビキタス量子増強メトロロジーの工学的ランダム性
• Abstract要約: 我々は、ヒルベルト空間の指数的広さから量子化精度を得られることを示す。 我々は、このフレームワークを閉じ込められたイオンプロセッサ上で実験的に検証し、標準量子限界を超える6.98 pm 0.38$dBの気象学的拡張を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The exponential growth of many-body Hilbert space presents a fundamental barrier to quantum technology, obscuring the search for physically significant states within an astronomically vast landscape. Consequently, resources for quantum-enhanced metrology have been largely confined to the symmetric subspace whose dimensionality scales only polynomially with the particle number-leaving the vast majority of the Hilbert space largely unexplored and poorly understood. Here we challenge this paradigm by demonstrating that metrological advantage can arise as a ubiquitous feature across exponential-dimensional manifolds. By tailoring the first-moment structure of random unitaries, we uncover dense manifolds of engineered random states (ERSs) where Heisenberg-limited scaling emerges as a statistically generic property. This ubiquity endows these resource states with inherent resilience against parameter disorder. We experimentally validate this framework on a trapped-ion processor, achieving a metrological enhancement of $6.98 \pm 0.38$ dB beyond the standard quantum limit. Potential applications extend to diverse platforms, ranging from superconducting circuits and waveguide QED to solid-state spins and polar molecules. Our results establish a powerful paradigm where quantum-enhanced precision can be harvested from the exponential vastness of the Hilbert space.
• Abstract（参考訳）: 多体ヒルベルト空間の指数的成長は量子技術の基本的な障壁を示し、天文学的に広大な風景の中で物理的に重要な状態の探索を妨げている。 したがって、量子エンハンス・メトロジーの資源は、次元が多項式的にしかスケールしない対称部分空間に限られており、ヒルベルト空間の大部分を除いた粒子数は、ほとんど探索されておらず、よく理解されていない。 ここでは、このパラダイムに挑戦し、指数次元多様体にまたがるユビキタスな特徴として、計量的優位性が生じることを示す。 ランダムユニタリの最初のモーメント構造を調整することにより、ハイゼンベルク制限スケーリングが統計的に一般的な性質として現れる工学的ランダム状態(ERS)の高密度多様体を明らかにする。 このユビキティは、これらのリソース状態にパラメータ障害に対する固有のレジリエンスを与える。 我々は、このフレームワークを閉じ込められたイオンプロセッサ上で実験的に検証し、標準量子限界を超える6.98 \pm 0.38$dBのメートル法的な拡張を実現した。 応用範囲は超伝導回路や導波路QEDから固体スピンや極性分子まで様々である。 この結果は、ヒルベルト空間の指数的広さから量子化精度を抽出できる強力なパラダイムを確立している。

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