論文の概要: Quantum double lock-in detection via sequential orthogonal quantum mixing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.39498v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 10:59:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:27.594738
• Title: Quantum double lock-in detection via sequential orthogonal quantum mixing
• Title（参考訳）: 直交量子混合による量子二重ロックイン検出
• Abstract要約: 本稿では,単一量子干渉法のみで量子二重ロックイン検出を実現するための一般的なプロトコルを提案する。 本研究は、単一量子干渉法により発振信号を測定する新しい方法である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.594289973837809
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: High-precision measurement of oscillating signal is a ubiquitous issue in fundamental science and a critical task in practical technologies. In quantum metrology, quantum lock-in detection provide an efficient method for measuring such signal. In general, when the initial phase of the oscillating signal is unknown,quantum double lock-in detection can effectively extract complete information about the signal's amplitude, frequency, and initial phase. Conventional quantum double lock-in detection requires two individual quantum interferometry, each of which must undergo state preparation and readout. However, the time for state preparation and readout need not be negligible in practical experiments. In particular, the time for state preparation is longer than the time for sensing. To save experimental resources, it is challenging to achieve quantum double lock-in detection just via a single quantum interferometry while still extracting complete information about the signal's amplitude, frequency, and initial phase. Here, we present a general protocol for achieving a quantum double lock-in detection just via a single quantum interferometry under a sequential orthogonal periodic multipulse sequences. In particular, if the input state is a Greenberger-Horne-Zeilinger state and two interaction-based operations are applied during interferometry, the measurement precisions for frequency, amplitude, and initial phase can both approach the Heisenberg limit. Our study paves a new way for measuring oscillating signals with a single quantum interferometry, and provides a feasible method for achieving Heisenberg-limited detection of alternating signals.
• Abstract（参考訳）: 発振信号の高精度測定は、基礎科学におけるユビキタスな問題であり、実用技術における重要な課題である。 量子気象学において、量子ロックイン検出はそのような信号を効率的に測定する方法を提供する。 一般に、発振信号の初期位相が未知の場合、量子二重ロックイン検出は、信号の振幅、周波数、初期位相に関する完全な情報を効果的に抽出することができる。 従来の量子ロックイン検出には2つの個別量子干渉計が必要であり、それぞれが状態の準備と読み出しを行う必要がある。 しかし、実際の実験では、状態準備と読み出しの時間は無視できない。 特に、状態準備の時間は、センシングの時間よりも長い。 実験資源を節約するためには、信号の振幅、周波数、初期位相に関する完全な情報を抽出しながら、単一の量子干渉法だけで量子二重ロックイン検出を実現することが困難である。 ここでは、直交周期多重パルス列の1つの量子干渉法のみで量子二重ロックイン検出を実現するための一般的なプロトコルを提案する。 特に、入力状態がGreenberger-Horne-Zeilinger状態であり、インターフェロメトリー中に2つの相互作用に基づく演算を適用すると、周波数、振幅、初期位相の測定精度はハイゼンベルク極限に近づくことができる。 本研究は、単一量子干渉法により発振信号を測定する新しい方法を提案し、ハイゼンベルク限定の交互信号検出を実現するための実現可能な方法を提案する。

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