論文の概要: Quantum probe advantage in learning many-body systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.11829v1
• Date: Mon, 13 Jul 2026 17:19:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-14 17:47:21.566137
• Title: Quantum probe advantage in learning many-body systems
• Title（参考訳）: マルチボディシステム学習における量子プローブの利点
• Abstract要約: 我々は、コヒーレントに制御された量子プローブが最後に測定されると、より大規模な演算学習フレームワークが定義されることを示す。 この利点は、量子プローブが標的の反共役子と混合次相関子を総称的に符号化するので生じる。 我々は、絡み合ったプローブがフォン・ノイマンエントロピーのような多体の性質にアクセスできることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0874967598360817
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Which properties of a quantum many-body system are operationally accessible is a central question underlying spectroscopy, thermodynamics, and quantum information science. Conventional response theory answers this question within a system-only paradigm: one perturbs and measures the matter itself, obtaining susceptibility built from causally ordered nested commutators. Here we show that coherently controlled quantum probes, when measured at the end, define a strictly larger operational learning framework beyond that accessible from response theory. We establish this through a quantum-circuit description that unifies spectroscopy, probe microscopy, and probe-based quantum technologies within a common operational framework, from which we develop quantum protocols for learning many-body properties from probe readout only. This advantage arises because the reduced dynamics of quantum probes generically encode anti-commutator and mixed-order correlators of the target; therefore, measurements on the probe provide access to fluctuations, non-equilibrium structure, and entanglement entropy that are in general not accessible through response functions or a single probe alone. Moreover, we demonstrate that entangled probes can access many-body properties such as von Neumann entropy. We prove that the required probe resources scale with the complexity of the target correlations rather than with the size of the many-body system. Quantum probes are therefore not merely more sensitive sensors but provide a new way to learn many-body properties distinct from those of tomography or quantum simulation.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系のどの特性が操作可能かは、分光、熱力学、量子情報科学の根底にある問題である。 従来の応答理論は、システムのみのパラダイムの中で、この問題に答える: 1つの摂動が物質自体を測り、因果的に順序付けられたネストされた通勤者によって構築された感受性を得る。 ここでは、コヒーレントに制御された量子プローブが、最後に測定されると、応答理論からアクセス可能なものよりもはるかに大きな演算学習フレームワークが定義されることを示す。 我々は、分光、プローブ顕微鏡、プローブベースの量子技術を共通の運用フレームワーク内で統一する量子回路記述を通じてこれを確立し、プローブ読み出しのみから多体特性を学習するための量子プロトコルを開発する。 この利点は、標的の反共役子と混合次相関子を総称的にエンコードする量子プローブの動力学の減少によって生じるため、このプローブ上の測定は、一般に応答関数や単一のプローブだけではアクセスできない揺らぎ、非平衡構造、絡み合いエントロピーへのアクセスを提供する。 さらに、絡み合ったプローブがフォン・ノイマンエントロピーのような多体の性質にアクセスできることを示した。 本研究は,多体システムのサイズではなく,対象相関の複雑さによって,必要なプローブ資源がスケールできることを実証する。 したがって、量子プローブは単に感度の高いセンサであるだけでなく、トモグラフィーや量子シミュレーションとは異なる多くのボディ特性を学ぶための新しい方法を提供する。

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