論文の概要: Closing a single-copy gap to the Holevo bound with two-copy measurements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.36874v1
• Date: Tue, 29 Sep 2026 07:09:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-30 21:28:47.258729
• Title: Closing a single-copy gap to the Holevo bound with two-copy measurements
• Title（参考訳）: 2コピ計測によるホレボ境界への単一コピーギャップの閉鎖
• Abstract要約: 任意のパラメータを持つフルランクモデルに対して有限コピー永続性を証明する。 我々は,状態トモグラフィーから決定される単一コピーと分離計測境界の下にある2コピー推定誤差を観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.096428450485724
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Holevo Cramér-Rao bound sets the asymptotically attainable precision of quantum multiparameter estimation, but its attainability with finite quantum state copies remains unresolved in general. While a gap between the single-copy optimum and the Holevo bound persists at any finite copy number for two-parameter estimation models, the higher-parameter case has remained open. Here we disprove universal finite-copy gap persistence beyond two parameters by constructing a three-parameter rank-two model whose Holevo bound is unattainable with one copy but attained exactly with two. We further prove finite-copy persistence for full-rank models with any number of parameters. We then experimentally implement the two-copy collective measurement for the constructed model using superconducting qubits. We observe a two-copy estimation error below the single-copy and separate-measurement bounds determined from state tomography. By introducing controlled depolarization, we show that this precision advantage persists over a finite noise range. Our results connect the attainability of ultimate quantum precision to the structure of the multiparameter estimation model and the resources available for collective measurements.
• Abstract（参考訳）: Holevo Cramér-Rao 境界は、漸近的に達成可能な量子マルチパラメータ推定の精度を設定するが、有限量子状態コピーによる到達性は、一般には未解決のままである。 単一コピー最適値とホレボ境界の間のギャップは、2パラメータ推定モデルに対する任意の有限コピー数で持続するが、高パラメータのケースは開のままである。 ここでは、ホレボ境界が1つのコピーで到達できないが、正確に2つのコピーで達成できる3パラメータのランク2モデルを構築することで、2つのパラメータを超えて普遍的な有限コピーギャップの持続性を論じる。 さらに、任意のパラメータを持つフルランクモデルに対して有限コピー永続性を証明する。 次に,超伝導量子ビットを用いた構成モデルに対する2コピー集団測定を実験的に実装した。 我々は,状態トモグラフィーから決定される単一コピーと分離計測境界の下にある2コピー推定誤差を観察する。 制御脱分極を導入することにより、この精度の利点が有限ノイズ範囲で持続することを示す。 本研究の結果は,極端量子精度の達成可能性とマルチパラメータ推定モデルの構造,および集合計測に利用可能な資源とを結びつけたものである。

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