論文の概要: Moving quantum sensors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.17176v1
• Date: Mon, 12 Oct 2026 17:47:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-18 02:54:46.033498
• Title: Moving quantum sensors
• Title（参考訳）: 量子センサの移動
• Abstract要約: フィールド検出タスクにおいて,量子センサの制御動作がメロジカルな優位性をもたらすかどうかを考察する。 最適なマルチストッププロトコルを導出し、正確な最大検出確率を得る。 本研究は,空間場検出における古典運動,空間コヒーレンス,絡み合いの役割を分離するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5625385804439254
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We investigate whether controlled motion of a quantum sensor offers a metrological advantage in a field-detection task. We consider a localized field of known strength $B$ occupying an unknown contiguous region making up a fraction $1/N$ of the total search space, with a qubit sensor controlled for a total time $T$ to maximize the probability of detecting the field. We study the regime in which the characteristic timescale of the field is slow compared to the time to move the sensor between any two regions, and we distinguish classical motion, where the sensor follows a definite trajectory, from quantum motion, where the sensor can be in a coherent superposition of locations. For a single classically moving sensor, we derive an optimal multi-stop protocol and obtain the exact maximum detection probability. Allowing coherent spatial superposition maps the single-sensor problem onto Hamiltonian search and reduces the interrogation time for successfully detecting the field from $Θ(N/B)$ to $Θ(\sqrt{N}/B)$. We then extend the problem to $M$ sensors and identify a hierarchy of optimal time scalings for constant success probability determined by the available spatial and inter-sensor quantum resources. Unentangled coherently moving sensors achieve $T=Θ(\sqrt{N/M}/B)$ by searching disjoint regions in parallel, while entanglement among the sensors can further enhance the effective field coupling and achieve $T=Θ(\sqrt{N}/(MB))$. Matching lower bounds establish the optimality of these scalings in the presence of arbitrary controls and ancilla systems. Our results separate the roles of classical motion, spatial coherence, and entanglement in spatial field detection.
• Abstract（参考訳）: フィールド検出タスクにおいて,量子センサの制御動作がメロジカルな優位性をもたらすかどうかを検討する。 我々は、全探索空間の分数1/N$を構成する未知の連続領域を占有する、既知の強度の局所体$B$を考える。 本研究では,センサを2つの領域間で移動させる時間よりもフィールドの特性的時間スケールが遅い状態について検討し,センサが一定の軌跡をたどる古典運動と,センサが連続した位置の重畳状態にある量子運動とを区別する。 1つの古典的に動くセンサに対して、最適なマルチストッププロトコルを導出し、正確な最大検出確率を得る。 コヒーレントな空間重ね合わせを許すことで、単一センサの問題をハミルトン探索にマッピングし、フィールドを$(N/B)$から$(\sqrt{N}/B)$に検出するための尋問時間を短縮する。 次に、この問題をM$のセンサに拡張し、利用可能な空間およびセンサ間量子リソースによって決定される一定の成功確率に対する最適な時間スケーリングの階層を同定する。 不整合コヒーレント移動センサは、平行に不整合領域を探索することにより$T=(\sqrt{N/M}/B)$を達成し、センサ間の絡み合いはさらに有効磁場結合を高め、$T=(\sqrt{N}/(MB)$を達成する。 一致した下位境界は、任意の制御系とアンシラ系の存在下でこれらのスケーリングの最適性を確立する。 本研究は,空間場検出における古典運動,空間コヒーレンス,絡み合いの役割を分離するものである。

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