論文の概要: Fault-Tolerant Heisenberg-Limited Quantum Metrology with Bosonic Probes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.40405v1
- Date: Thu, 29 Oct 2026 16:37:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-02 07:16:12.778283
- Title: Fault-Tolerant Heisenberg-Limited Quantum Metrology with Bosonic Probes
- Title（参考訳）: ボソニックプローブを用いた耐故障性ハイゼンベルク限界量子メトロロジー
- Abstract要約: 本稿では, ボソンを用いた耐故障性プロトコルを提案し, 劣化音の存在下での変位を推定する。
減衰率$_A$, 総センシング時間$T$, 平均光子数$N$, 十分に小さな残差信号に対して、フィッシャー情報は$_A-(d+1)/2$に対して$NT2$とスケールする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.197297070760225
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensors have been shown to enable more precise measurements than classical sensors. By using entanglement and coherent evolution, the estimation error can be made to scale better in interrogation time, photon count, and other resources, achieving Heisenberg-limited scaling. However, environmental noise and hardware errors typically destroy the coherence of the sensitive quantum states. This motivates the use of fault-tolerant techniques to create more robust quantum sensing protocols. Such fault-tolerant quantum sensing approaches have been shown to enhance sensitivity for qubit systems, but many practical sensors require bosonic probes. In this paper, we propose a fault-tolerant protocol using bosons to estimate displacements in the presence of dephasing noise. We construct an optimal error-correcting code under a mean photon-number constraint. Controlled displacements couple the probe to a repetition-encoded qubit register, while repeated boson-parity measurements and resets remove probe noise without erasing the stored logical phase. Under circuit-level bit-flip noise, a distance-$d$ code suppresses logical failures to order $p^{(d+1)/2}$. We show that, for a decay rate $γ_A$, a total sensing time $T$ and a mean photon number budget $N$, and for sufficiently small residual signals, the Fisher information scales as $NT^2$ over interrogation times of order $γ_A^{-(d+1)/2}$. This is a significant improvement over the non-fault-tolerant approach that achieves Heisenberg scaling only for a total time $\mathcal O(γ_A^{-1})$.
- Abstract（参考訳）: 量子センサーは古典的なセンサーよりも正確な測定を可能にすることが示されている。
絡み合いとコヒーレント進化を用いることで、推定誤差は尋問時間、光子数、その他の資源においてより良くスケールし、ハイゼンベルク限定のスケーリングを達成することができる。
しかし、環境ノイズとハードウェアエラーは一般的に、感度量子状態のコヒーレンスを破壊する。
これは、より堅牢な量子センシングプロトコルを作成するためにフォールトトレラント技術の使用を動機付けている。
このようなフォールトトレラントな量子センシングアプローチは、量子ビット系の感度を高めることが示されているが、多くの実用的なセンサーはボソニックプローブを必要とする。
本稿では,ボソンを用いた耐故障性プロトコルを提案する。
平均光子数制約の下で最適な誤り訂正符号を構築する。
制御された変位は、プローブを繰り返し符号化されたキュービットレジスタに結合し、繰り返しボソンパリティの測定とリセットは、記憶された論理位相を消去することなくプローブノイズを除去する。
回路レベルのビットフリップノイズの下では、距離$d$コードは論理的失敗を抑制して$p^{(d+1)/2}$を注文する。
崩壊率$γ_A$, 総センシング時間$T$, 平均光子数$N$, 十分に小さな残差信号に対しては, フィッシャー情報は次数$γ_A^{-(d+1)/2}$に対してNT^2$とスケールする。
これは、ハイゼンベルクのスケーリングは、合計時間$\mathcal O(γ_A^{-1})$に対してのみ達成される。
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