論文の概要: Physics-Constrained Compressed Sensing for Quantum Sensing in the Data-Starved Regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11092v1
- Date: Tue, 11 Aug 2026 16:00:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-12 19:14:46.111157
- Title: Physics-Constrained Compressed Sensing for Quantum Sensing in the Data-Starved Regime
- Title（参考訳）: Data-Starved Regimeにおける量子センシングのための物理制約圧縮センシング
- Abstract要約: 量子センサーはハイゼンベルク限界でスケールできる測定感度を約束する。
実際には、その性能はノイズ、有限サンプリング、実装の不完全さによって劣化することが多い。
このような設定におけるパラメータ推定を改善するための一般的なフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.10152838128195464
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensors promise measurement sensitivities that can scale at the Heisenberg limit, but in practice their performance is often degraded by noise, finite sampling, and implementation imperfections. In this work we present a general framework for improving parameter estimation in such settings by exploiting intrinsic structural constraints of time-domain correlation functions. Our approach builds on the observation of Kemper et al. [PRL 132, 160403 (2024)] that two-time correlation functions of Hermitian observables generate Gram matrices that are positive semidefinite, a property that can be violated in experimentally acquired data. We formulate signal reconstruction as a convex optimization problem that enforces positive semidefiniteness, Toeplitz structure, and low-rank priors motivated by the underlying dynamics. We show analytically that, under suitable conditions, the ground-truth signal can be uniquely identified in the noiseless case and recovered stably in the presence of noise. We further demonstrate numerically, in a GHZ-based magnetometry protocol, that enforcing these physical constraints can significantly improve frequency estimation from sparse and noisy data. In particular, we observe a clear advantage in the data-starved regime, where only a small number of time samples are available and standard spectral estimation methods, including matrix pencil techniques, provide limited or unstable improvement over direct fitting. While the reconstructed signals do not in general reach the shot-noise-limited performance, the proposed approach consistently reduces estimation error and recovers much of the underlying structure of the signal. These results indicate that incorporating universal physical constraints into data analysis can enhance the practical performance of quantum sensing protocols without requiring additional hardware resources or calibration.
- Abstract（参考訳）: 量子センサーはハイゼンベルク限界でスケールできる測定感度を約束するが、実際にはノイズ、有限サンプリング、実装の不完全さによってその性能は劣化することが多い。
本研究では,時間領域相関関数の固有構造制約を利用して,そのような設定におけるパラメータ推定を改善するための一般的なフレームワークを提案する。
提案手法は,Kemper et al [PRL 132, 160403 (2024)] の観測に基づいて,Hermitian observables の2時間相関関数が正半定値のグラム行列を生成する。
信号再構成を凸最適化問題として定式化し、正の半定性、Toeplitz構造、および基礎となる力学によって動機付けられた低ランク先行を強制する。
適切な条件下では、地中信号はノイズのないケースで一意に識別でき、ノイズの存在下で安定して回復できることを解析的に示す。
さらに、GHZベースの磁力計プロトコルにおいて、これらの物理的制約を強制することで、スパースデータやノイズデータから周波数推定を大幅に改善できることを数値的に示す。
特に, 行列鉛筆技術を含む標準スペクトル推定法は, 直接フィッティングよりも限定的あるいは不安定な改善をもたらすが, 少ない時間サンプルしか得られないデータスターベッド方式では, 明らかな優位性を示す。
再構成された信号は一般にショットノイズに制限された性能に到達しないが,提案手法は一貫して推定誤差を低減し,信号の基盤構造の多くを復元する。
これらの結果から,データ解析に普遍的な物理制約を組み込むことで,追加のハードウェアリソースやキャリブレーションを必要とせずに,量子センシングプロトコルの実用的な性能を向上させることが示唆された。
関連論文リスト
- Limitations of Error Model Approximations in Quantum Network Simulation [0.13999481573773073]
Pauli twirling や reset channel のような単純なエラーモデルが,プロトコルの性能予測において重大な相違をもたらすことを示す。
その結果、将来の量子技術における運用しきい値の正確な予測には、完全なノイズアーキテクチャの厳密な検証が不可欠であることが示唆された。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-07-01T14:35:26Z) - Clipping Bottleneck: Stabilizing RLVR via Stochastic Recovery of Near-Boundary Signals [83.0127582612634]
Near-boundary Rescue (NSR) は最小限のプラグ・アンド・プレイの修正であり、失った信号を回復するために、アウト・オブ・バウンドトークンを保持する。
NSRはトレーニングの安定性を大幅に改善し、DAPOやGSPOといった強力なベースライン上で一貫したゲインを提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-05-21T16:45:31Z) - Encoded Quantum Signal Processing for Heisenberg-Limited Metrology [1.319058156672392]
絡み合った量子プローブはハイゼンベルクに制限された測定精度を達成することができるが、この利点は通常ノイズによって破壊される。
我々は、符号化量子信号処理と呼ばれるフレームワークを導入することでこの問題に対処する。
本稿では,センサキュービットを繰り返し符号に符号化し,信号処理プリミティブとしてシンドローム計測を用いることで,現実的な雑音下でのハイゼンベルクのスケーリングを実現することを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-03-24T04:43:10Z) - Continual Quantum Architecture Search with Tensor-Train Encoding: Theory and Applications to Signal Processing [68.35481158940401]
CL-QASは連続的な量子アーキテクチャ検索フレームワークである。
振幅のエンコードと変分量子回路の忘れを犠牲にすることの課題を緩和する。
制御可能なロバスト性表現性、サンプル効率の一般化、およびバレンプラトーを使わずに滑らかな収束を実現する。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-01-10T02:36:03Z) - Limitations for adaptive quantum state tomography in the presence of detector noise [0.0]
量子デバイスをベンチマークし、認証するためには、測定値から量子状態の仮定不要な再構成が不可欠である。
これらの要求を緩和するためのアプローチは、適応的な測定戦略によって提供される。
非ゼロな読み出しノイズは適応戦略の2次スケーリングの利点を排除できることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-01-07T15:35:29Z) - Extending the dynamic range in quantum frequency estimation with sequential weak measurements [0.10923877073891443]
本研究では, アンシラ量子ビットを用いた弱い測定により, ダイナミックレンジを拡張し, 位相すべりノイズを克服する手法について検討した。
我々は、任意の光数の原子に対して最適な測定強度を同定する、最適な弱い測定プロトコルを見いだす。
そして、弱・射影的な測定を組み合わせ、ノイズのない精度の限界を飽和させるプロトコルを構築し、これまで提案されていた位相すべり雑音抑圧法より優れる。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-09-01T13:42:17Z) - Quantum sensing of displacements with stabilized GKP states [41.94295877935867]
本稿では,2つの四面体変位センサの推定に,Gottesman-Kitaev-Preskill状態の安定化のためのプロトコルをどのように利用できるかを示す。
この安定化のおかげで、このセンサーはバックアクションを回避し、リセットせずに連続的に機能し、イテナント信号の検出に適している。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-06-25T17:18:50Z) - Deterministic and statistical calibration of constitutive models from full-field data with parametric physics-informed neural networks [36.136619420474766]
フルフィールド変位データからモデルキャリブレーションを行うためのパラメトリック物理インフォームドニューラルネットワーク(PINN)について検討した。
PINNの高速評価により、ほぼリアルタイムでキャリブレーションを行うことができる。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-05-28T16:02:11Z) - Provably Accelerating Ill-Conditioned Low-rank Estimation via Scaled
Gradient Descent, Even with Overparameterization [48.65416821017865]
この章では、スケールドグラデーション(ScaledGD)と呼ばれる新しいアルゴリズムアプローチを紹介します。
低ランク物体の条件数に依存しない定数速度で直線的に収束する。
様々なタスクに対して、勾配降下の低い摂動コストを維持できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-10-09T21:16:57Z) - Digital noise spectroscopy with a quantum sensor [57.53000001488777]
本稿では,ノイズプロセスの自己相関をサンプリングし,再構成するための量子センシングプロトコルを実験的に導入し,実証する。
ウォルシュノイズ分光法はスピンフリップパルスの単純な配列を利用してディジタルフィルタの完全基底を生成する。
ダイヤモンド中の単一窒素空孔中心の電子スピン上での核スピン浴により生じる有効磁場の自己相関関数を実験的に再構成した。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-19T02:19:35Z) - Reconstruction of Sparse Signals under Gaussian Noise and Saturation [1.9873949136858349]
ほとんどの圧縮センシングアルゴリズムは、ノイズのある圧縮測定における飽和の影響を考慮していない。
本稿では,信号と飽和度の測定値との整合性を確保するためのデータ忠実度関数を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-02-08T03:01:46Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。