論文の概要: To Cool, or Not to Cool? Displacement Sensing with Hot Quantum States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.13650v1
• Date: Thu, 11 Jun 2026 17:50:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-12 15:55:27.969957
• Title: To Cool, or Not to Cool? Displacement Sensing with Hot Quantum States
• Title（参考訳）: 冷却する? 冷却しない? 熱い量子状態による変位センシング
• Authors: Piotr T. Grochowski,
• Abstract要約: 我々は、熱入力に適用したスクイーズ、数ライジング、シュルディンガー・キャット状態発生によって生成されるホット量子プローブを解析する。 熱混合度が高次変位感度と相容れない2つのメカニズムを同定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum-enhanced displacement sensing with bosonic systems is typically formulated assuming that the oscillator is cooled close to its ground state before nonclassical probe preparation. We investigate whether such near-ground-state initialization is necessary, or whether sensitive probes can instead be generated directly from thermal states. We analyze hot quantum probes produced by squeezing, number-raising, and Schrödinger-cat-state generation applied to thermal inputs. We identify two distinct mechanisms by which thermal mixedness can remain compatible with enhanced displacement sensitivity. First, projecting a mixed probe onto a definite parity sector removes the usual thermal suppression of the displacement quantum Fisher information, which can then increase with initial thermal occupation. Second, coherent superpositions of opposite displacements can retain sensitivity through coherence between their displaced components, even when the underlying state is mixed. We use these two mechanisms to classify hot-state protocols according to whether their sensitivity comes from parity selection, coherence between displaced components, or both. Finally, we formulate an experimentally relevant optimization problem comparing initial cooling with direct hot-state preparation under realistic decoherence and show that complete cooling is not universally optimal. Our results establish hot-state engineering as a route to quantum-enhanced bosonic displacement sensing without mandatory ground-state initialization.
• Abstract（参考訳）: ボゾン系による量子増強変位検出は、非古典的なプローブ準備の前に発振器が基底状態近くで冷却されていると仮定して定式化されるのが一般的である。 本研究では, 近接状態初期化が必要なのか, それとも熱状態から直接高感度プローブを生成できるかを検討する。 我々は、熱入力に適用したスクイーズ、数ライジング、シュレーディンガー・キャット状態発生によって生成されるホット量子プローブを解析する。 熱混合度が高次変位感度と相容れない2つのメカニズムを同定した。 まず、混合プローブを一定のパリティセクターに投影すると、変位量子フィッシャー情報の通常の熱的抑圧が取り除かれる。 第二に、逆変位のコヒーレント重ね合わせは、基底状態が混合された場合でも、置換成分間のコヒーレンスによって感度を維持することができる。 これらの2つのメカニズムは、その感度がパリティ選択によるものか、変位成分間のコヒーレンスによるものか、あるいはその両方によって、ホットステートプロトコルを分類するために使用される。 最後に, 実効脱コヒーレンス条件下での初期冷却と直接熱間準備を比較し, 完全冷却が普遍的に最適でないことを示す実験的な最適化問題を定式化する。 本研究は, 地中初期化を必要とせず, 量子化ボソニック変位検出の経路として, 高温工学を確立した。

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