論文の概要: Optimizing the Sensitivity-Noise Trade-off in Non-Hermitian Sensing via Off-Exceptional-Deficiency Operation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.04386v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 03:02:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-04 20:44:18.499097
• Title: Optimizing the Sensitivity-Noise Trade-off in Non-Hermitian Sensing via Off-Exceptional-Deficiency Operation
• Title（参考訳）: オフ例外整合操作による非エルミタンセンシングにおける感度-雑音トレードオフの最適化
• Authors: Shangxuan Li, Bin Guo,
• Abstract要約: スペクトル特異性は 信号と環境ノイズの両方を同時に増幅する Off-EDフレームワークは、強いノイズ免疫と極度感度を一致させる。 次世代トポロジカルセンサのパラダイムとしてOff-EDフレームワークを確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.49555689737163
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A central challenge in non-Hermitian sensing is that spectral singularities simultaneously amplify both the signal and environmental noise. We address this predicament in a double-chain Hatano-Nelson model featuring unidirectional interlayer coupling. At the exceptional deficiency (ED) limit, the system exhibits a macroscopically degenerate complex spectrum and a pronounced non-Hermitian skin effect (NHSE), yielding a sensitivity that scales exponentially with lattice size $N$ while remaining robust across a six-order-of-magnitude detuning range. By introducing diagonal spatial disorder, we demonstrate that the NHSE is progressively suppressed, whith eigenspace cosine similarity analysis quantifying a well-defined fault-tolerance threshold. To reconcile the sensitivity-noise trade-off, we delineate "At-ED" and "Off-ED" operating regimes. While the At-ED configuration imposes fractional-order noise amplification (SNR $\propto δ^{-1/2}$) that saturates at a suboptimal plateau, migrating to the Off-ED regime eliminates this geometric singularity and restores a linear scaling law (SNR $\propto δ^{-1}$), achieving an SNR enhancement of several orders of magnitude. Crucially, this improvement is achieved while fully preserving the exponential sensitivity scaling, albeit at a slightly reduced absolute sensitivity compared to the strict At-ED limit. Our findings establish the Off-ED framework as a concrete paradigm for next-generation topological sensors that reconcile extreme sensitivity with robust noise immunity.
• Abstract（参考訳）: 非エルミートセンシングにおける中心的な課題は、スペクトル特異点が信号と環境ノイズの両方を同時に増幅することである。 一方向の層間結合を特徴とする二重鎖Hatano-Nelsonモデルでこの問題に対処する。 例外的欠損(ED)限界では、このシステムはマクロ的に縮退した複雑なスペクトルと顕著な非エルミート皮膚効果(NHSE)を示し、格子サイズ$N$で指数関数的にスケールする感度を生じる。 対角的空間障害を導入することにより, NHSEは徐々に抑制され, ホイッス固有空間コサイン類似性解析により, 耐故障しきい値の定量化が図られた。 感度ノイズトレードオフを整理するため、我々は「At-ED」と「Off-ED」の運用体制を規定する。 At-ED構成では、準最適高原で飽和する分数次ノイズ増幅(SNR $\propto δ^{-1/2}$)が課されるが、オフED体制への移行は、この幾何学的な特異性を排除し、線形スケーリング法則(SNR $\propto δ^{-1}$)を復元し、数桁のSNR拡張を達成する。 重要な点として、この改善は指数感度スケーリングを完全に保存しながら達成されるが、厳密なAt-ED限界よりもわずかに絶対感度が低下する。 本研究は,強靭なノイズ免疫と極度感度を調和させる次世代トポロジカルセンサの具体的なパラダイムとして,Off-EDフレームワークを確立した。

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