Noisy initial-state qubit-channel metrology with additional undesirable noisy evolution
Colorado Mesa University（科罗拉多梅萨大学）；Vivint
研究在高混杂初始态下通过两种协议估计单参数幺正量子比特通道参数，分析量子 Fisher 信息，探讨多量子比特协议在噪声演化下的优劣及噪声缓解技术。
2025-11-25 quant-ph
Retrieving ideal precision in noisy quantum optical metrology
量子精密测量采用量子效应来获得超过经典物理学中可实现的极限的测量精度。然而，在基于Mech-Zehnder干涉仪的量子精密测量中，由于光子的损失，使得测量精度从理想的Zeno极限（ZL）返回到散粒噪声极限（SNL）。在这里，我们发现，不仅SNL可以被击败，但也可以在长编码时间的条件下，渐近恢复的ZL的光子耗散是在其固有的非马尔可夫的方式进行了研究。我们的分析表明，这是由于光子系统的束缚态的形成及其耗散噪声。研究结果揭示了量子光学计量学中耗散噪声的微观机理，为在油藏工程背景下通过形成束缚态实现超灵敏测量提供了指导。
2019-06-26 quant-ph
Floquet Engineering to Overcome No-Go Theorem of Noisy Quantum Metrology
提出基于 Floquet engineering 的方案克服噪声量子计量学 no-go theorem，通过周期性驱动形成 Floquet bound state，恢复频率测量的 $t^2$ scaling 并结合最优控制实现 Heisenberg-limit scaling。
2023-08-02 quant-ph
Robust quantum metrology with explicit symmetric states
量子精密测量是量子技术的一个有前途的实际用例，其中物理量可以以前所未有的精度测量。代替量子纠错过程，近期量子器件预计是有噪声的，我们必须用有噪声的探测态来处理。我们证明了，对于一组精心选择的对称探测状态，位于一定的量子纠错码，量子精密测量表现出优于经典计量学，即使在探测状态被破坏了恒定数量的擦除和失相错误。这些探测状态证明是有用的强大的计量不仅在NISQ制度，而且在渐近设置，他们实现海森堡缩放。这使我们更接近于使稳健的量子精密测量成为技术现实。
2021-12-02 quant-ph
Probe incompatibility in multiparameter noisy quantum metrology
我们推导出多参数噪声量子精密测量的最大可达精度的基本界限，有效的最一般的纠缠辅助自适应策略下，这是严格的比直接使用单参数的结果得到的界限。这使我们能够研究在通用噪声信道中同时估计多个参数的最佳探针不兼容性的问题，而到目前为止，这个问题主要是在有效无噪声的情况下（海森堡缩放是可能的）进行了研究。我们将我们的研究结果的估计酉和噪声参数，并指出模型的基本探针不兼容。特别是，我们表明，在有损多臂干涉的探头不兼容性是在无噪声的情况下一样强。最后，超越多参数估计范例，我们介绍了\emph{random quantum sensing}的概念，并展示了如何开发的工具，可适用于多通道歧视问题。作为一个例子，我们提供了一个简单的证明的时间连续Grover算法的二次优势的损失存在的失相或擦除噪声。
2021-09-27 quant-ph
Quantum-Error-Mitigation Circuit Groups for Noisy Quantum Metrology
本文提出一种由量子电路集合构成的量子错误缓解（QEM）协议，用于含噪量子计量，能将量子Fisher信息的标度行为恢复至理想状态，适用于任意初始态与量子设备。
2023-04-07 quant-ph
Quantum metrology of noisy spreading channels
我们提供了最佳的测量策略，一类嘈杂的信道，减少到身份信道的一个特定值的参数（扩展信道）。我们提供了一个例子，是物理相关的：在相位随机噪声的存在下的位移的绝对值的估计。令人惊讶的是，这种噪声不会影响最佳测量的有效性。结果表明，对于小位移，在平均能量相同的情况下，压缩真空探测场是最优的。挤压后光电探测是获得量子费舍尔信息的最佳探测策略，而通常使用的零差探测在小位移的限制下变得无用，由于相同的效果，在光学超分辨中给出瑞利诅咒。有一个量子优势：具有$N$平均光子的压缩态或Fock态允许以比具有相同能量的经典态更好的精度来渐进地估计参数，其中$\sqrt{N}$。
2022-11-29 quant-ph
Ultimate precision limit of SU(2) and SU(1,1) interferometers in noisy metrology
考虑了SU（2）和SU（1，1）干涉仪中的量子费舍尔信息（QFI），指出仅用QFI计算是高估了量子干涉仪的计算结果。一般情况下，相位估计是一个双参数估计问题，需要用到量子费舍尔信息矩阵（QF）。在本文中，我们从理论上推广的模型，由Quarser等[自然物理7，406（2011）]的QONS情况下的噪声和研究的最终精度极限的SU（2）和SU（1，1）干涉仪的光子损失，因为光子损失作为一种非常常见的噪声可能会发生在相位测量过程中。以相干态和压缩真空态为例，数值分析了被高估的QFI随损耗系数的变化，发现了QFI的消失和恢复现象。
2023-02-20 quant-ph
Optimal protocols for quantum metrology with noisy measurements
针对量子计量中的测量噪声，本文定义预处理优化Fisher信息并刻画最优量子控制协议，给出纯态、经典混合态及多探针情形的理论结果与应用构造。
2023-10-11 quant-ph
Subsystem Quantum Error Correction for Noisy Quantum Metrology
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
提出子系统纠错简化噪声量子计量协议，通过无综合征协议用最多一个辅助量子比特实现海森堡极限，并扩展至动态纠错。
2026-06-19 quant-ph
Variational quantum state preparation for quantum-enhanced metrology in noisy systems
本研究利用QFI-Opt软件包模拟低深度变分量子电路，在退相干噪声环境下优化量子态制备以最大化量子Fisher信息，发现最优量子态可分为猫态、压缩态和直积态三种状态，为下一代量子传感器设计提供了重要指导。
2024-07-24 quant-ph
Low-temperature Quantum Metrology Enhanced by Strong Couplings
本研究提出利用强耦合效应消除低温量子计量中的误差发散问题，通过反应坐标映射实现多项式型精度标度，为低温高精度噪声量子计量开辟新途径。
2024-12-02 quant-ph
Noisy Metrology: A saturable lower bound on quantum Fisher information
为了保证精度，更准确地判断Cramér-Rao界的真值及其标度行为，引入了一个估计精度的上界（相当于量子费舍尔信息的下界）.不同于以前在文献中介绍的界限，上限是饱和的，并产生一个实际的指导，估计参数，通过准备最佳的初始状态和最佳的测量。该界是基于底层动力学和它的计算是简单的，只需要负责编码参数的量子映射的矩阵表示。这使我们能够将该约束应用于开放量子系统，其动力学由半群或非半群映射描述。通过三个主要算例验证了该方法的可靠性和有效性。
2017-04-18 quant-ph
Qubit-channel metrology with very noisy initial states
我们考虑依赖于单个参数的任意量子比特信道，该参数由物理过程估计。使用每个信道调用的量子费舍尔信息来量化估计精度，我们考虑了各种估计协议时，可用的初始状态混合非常低的纯度。我们比较了一个协议，使用一个单一的通道调用的$n$量子位准备在一个特定的相关输入状态的最佳协议，使用不相关的输入状态，具有相同的初始状态纯度。我们发现，在初始状态纯度的最低阶，对于一个单位信道，这种相关状态协议提高了估计精度之间的一个因素$n-1$和$n.$我们还表明，在初始状态纯度的最低阶，一个广泛的类的非单位信道不产生任何增益，无论输入状态。
2019-01-08 quant-ph
Precision bounds for noisy nonlinear quantum metrology
我们推导出在噪声存在下的非线性测量方案的性能的最终界限。特别是，我们调查的精度的二阶估计方案中存在的两种最有害的类型的噪声，光子损失和相位扩散。我们发现，二阶估计方案的影响，这两种类型的噪声以类似的方式作为线性的。此外，我们观察到，对于这两种类型的噪声的相位灵敏度相对于线性估计方案的增益是由一个乘法项$\mathcal{O}(1/N)$。有趣的是，我们还发现，在某些情况下，一个精心设计的环境可以，在原则上，提高性能的相位扩散影响的测量方案。
2014-02-14 quant-ph
Interference-induced state engineering and Hamiltonian control for noisy collective-spin metrology
Tohoku University（东北大学）
本文通过干涉框架研究集体自旋1/2集体的非线性动力学，展示了一轴扭曲生成GHZ态和两轴扭曲生成多参数量子计量相关的GHZ叠加态，并分析了在马尔可夫噪声下的计量性能，揭示了多参数量子传感的内在限制。
2026-09-10 quant-ph
General framework for estimating the ultimate precision limit in noisy quantum-enhanced metrology
表征动态过程的参数的估计是科学和技术的核心。估计误差随着实验中采用的资源的数量N（其可以量化例如探测的数量或探测能量）而变化。通常，它的比例为1/N^（1/2）。对于无噪声过程，量子策略可以将精度提高1/N^（1/2）。对于有噪声的过程，通常不知道是否以及何时可以实现这种改进。在这里，我们提出了一个一般的框架，获得可达到的和有用的下限的最终限制精度在嘈杂的系统。我们将此约束应用于有损耗的光学干涉测量和原子光谱中的存在的失相，表明它捕获的主要特征的过渡从1/N到1/N^（1/2）的行为N增加，独立于初始状态的探针，甚至使用自适应反馈。
2012-01-09 quant-ph
Restoring Heisenberg scaling in noisy quantum metrology by monitoring the environment
我们研究了独立马尔可夫噪声下$N$量子比特的量子频率估计，通过基于时间连续监测环境的策略。物理直观和量子费舍尔信息（QFI）的扩展凸性都表明，这些策略比基于噪声演化后无条件态测量的标准策略更有效.在这里，我们专注于初始GHZ状态和平行或横向噪声。对于并行噪声，即去相位，我们表明，完全有效的时间连续的光检测允许恢复酉（无噪声）QFI，从而获得海森堡缩放的每个值的监测时间。对于有限的检测效率，一个回落到嘈杂的标准量子极限标度，但由于有效的减少的退相的恒定增强。此外，在横向噪声的情况下，我们得到的海森堡标度是完全有效的检测器恢复，我们发现，零差和光电检测为基础的战略是最佳的。对于有限探测器的效率，我们的数值模拟表明，正如预期的那样，可以观察到增强，但我们不能给出任何结论性的声明有关的缩放。最后，我们详细描述了稳定和紧凑的数值算法，我们已经开发，以评估这种时间连续的估计策略的精度，并可能会发现在其他量子精密测量计划的应用。
2018-11-29 quant-ph
Robustness of spin state superpositions for noisy quantum metrology
Universität Ulm（乌尔姆大学）
该研究针对空间关联退相下的量子计量问题，通过微扰理论推导QFI的短时弱噪声公式，分析多种自旋态叠加的QFI动力学，推导特定测量灵敏度界，为噪声量子计量的鲁棒性提供理论支撑。
2026-08-20 quant-ph
Noisy metrology beyond the standard quantum limit
参数估计在从原子光谱、原子钟到引力波探测等领域都具有重要意义。纠缠探针提供了一个显着的精度增益超过经典的策略在没有噪音。然而，最近的结果似乎表明，任何少量的现实噪声都会限制量子策略的优势，最多只能提高一个乘法常数。在这里，我们确定了一个相关的情况下，人们可以克服这一限制，甚至在不相关的噪声的存在下，实现超经典的精度缩放。我们发现，当噪声集中在某个空间方向上时，精度可以显着提高，而控制演化的哈密顿量取决于待估计的参数，可以被设计为指向不同的方向。在垂直取向的情况下，我们发现超经典标度，并确定一个状态，达到最佳。
2013-10-25 quant-ph
Variational quantum state preparation within an entangle-rotate circuit framework for quantum-enhanced metrology in noisy systems
The University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；George Mason University（乔治梅森大学）；JPMorgan Chase（摩根大通）；Infleqtion, Inc.（英飞克申公司）
针对噪声二能级系统，提出一种纠缠-旋转变分量子电路架构，通过优化量子Fisher信息来制备量子增强计量态，并分析了电路深度和相互作用范围对性能的影响。
2026-09-28 quant-ph
Metrology-assisted entanglement distribution in noisy quantum networks
我们考虑高维纠缠态通过噪声信道分配给多方，以及随后使用随机局部操作和经典通信将这些状态概率转换为所需的目标状态。我们表明，这种状态转换协议可以增强嵌入式信道估计例程在没有额外的成本方面的副本的数量的分布式状态。我们的策略的定义特征是使用那些转换不成功的副本来估计噪声，从而可以抵消其对成功转换的副本的不利影响。虽然这个想法推广到各种更复杂的情况下，我们专注于现实的情况下，只有1000多份副本分发，并不要求各方同时处理多个副本。特别是，我们研究了所谓的一个成功的分支协议的性能，依次适用于单副本和自适应贝叶斯估计策略。最后，我们将我们的策略与更一般但不太容易实际实施的策略进行比较，这些策略涉及蒸馏和使用量子存储器同时处理多个副本。
2022-05-23 quant-ph
Noisy quantum metrology enhanced by continuous nondemolition measurement
我们表明，连续量子非破坏（QND）测量的原子系综是能够提高频率估计的精度，即使在存在独立的退相作用于每个原子。我们数值模拟了最初在（经典）自旋相干态中准备的多达N = 150个原子的系综的动力学，并且我们表明，由于测量动态产生的自旋压缩，从连续光电流中获得的信息相对于原子数N超经典地缩放。我们提供的证据表明，这种超经典标度适用于不同值的退相和监测效率。此外，我们计算的额外信息，可通过一个最终的强测量的动力学过程中产生的条件状态，并表明，相应的极限几乎是通过一个投影测量的自旋压缩集体自旋算子实现。我们还简要地讨论了我们的协议和标准的估计方案，状态准备时间被忽略之间的差异。
2020-11-12 quant-ph
Achieving the Heisenberg limit with Dicke states in noisy quantum metrology
针对开放量子系统中的含噪参数估计，本文分析对称耦合量子比特—谐振器模型的含时量子 Fisher 信息，证明最优激发数 Dicke 态可在有限衰减下达到 Heisenberg 极限，并优于 GHZ 态。
2024-03-03 quant-ph
Practical Quantum Metrology
量子精密测量研究有望提供一种新的传感器，这种传感器可以实现最高水平的精密测量，并从根本上优于现代传感器。为了实现量子增强传感器并使其能够在现实世界中应用，需要容忍现实制造缺陷和环境噪声的实用方案。我们已经证明了一个实用的，损失容忍的光子量子精密测量的方法，旨在利用所有的多光子组件在自发参数下转换-一种方法，用于产生多个光子，我们表明不需要进一步的基本状态工程用于实际的量子精密测量的关键使能原则。我们观察到一个量子优势的光学相位的精确测量使用四光子检测组件的这个计划，尽管83%的系统损失。这为基于当前量子光学能力的新量子传感器开辟了道路。
2013-07-18 quant-ph
Entanglement and phase properties of noisy N00N states
量子精密测量和量子信息需要对合适的态进行深入的研究。由自由空间通信链路引起的衰减或这种状态产生的波动限制了量子增强在可能的应用中的应用。出于这个原因，我们调查的混合物的量子特性，所谓的N00N状态在大气信道中传播。首先，我们证明了噪声N00N状态仍然可以产生超出经典限制的相位分辨率。其次，我们确定了噪声N00N态在波动损耗信道中传播后的纠缠。为此，我们应用部分转置准则。我们的理论分析制定了明确的界限，这是必不可少的实验验证的量子纠缠和应用在量子精密测量。
2015-04-28 quant-ph
Limits of noisy quantum metrology with restricted quantum controls
本文研究在量子纠错不可用且控制受限的条件下估计量子比特信道的极限，证明海森堡极限在多种情况下不可达，并给出实现标准量子极限的充要条件及具体幺正控制协议。
2024-10-22 quant-ph
Demonstrating quantum coherence and metrology that is resilient to transversal noise
量子系统可以用于破坏性技术，但实际上，由于噪声环境，量子特征是脆弱的。量子相干性，一个基本的这样的特征，是一个基础依赖的属性，已知表现出对某些类型的马尔可夫噪声的弹性。然而，目前尚不清楚这种弹性是否可以在实际任务中发挥作用。在此，我们实验研究了在马尔可夫比特翻转噪声下光子Greenberger-Horne-Zeilinger态的量子相干性的弹性效应，并探讨了它在噪声度量中的应用.特别是，使用多达六个量子位探针，我们证明了标准量子极限可以优于下的横向噪声强度约等于信号的幅度，提供了实验证据的优势，即使在不相关的马尔可夫噪声的存在下。这项工作突出了被动控制在有噪声的量子硬件中的重要作用，它可以作为量子纠错等传统方法的低开销补充，从而影响量子技术在现实世界中的部署。
2019-11-01 quant-ph
Practical quantum metrology with large precision gains in the low photon number regime
量子精密测量利用量子相关性以有限的粒子数进行精确测量。通过利用光干涉仪中的模间和模内关联，我们发现了一种结合了纠缠和压缩的状态，在散粒噪声限制下，对于低光子数，量子费舍尔信息（QFI）--一种与精度相关的度量--增强了7倍。出于实用性，我们然后看看压缩猫状态，这是最近实验，并显示进一步的精度增益超过散粒噪声限制和3倍的改进，在QFI超过最佳高斯状态。我们提出了一个概念上简单的测量方案，饱和的QFI，我们证明了小光子数的鲁棒性损失。因此，压缩猫态可以在实际和现实的条件下，在光学量子精密测量中提供一个显着的精度提高。
2016-04-20 quant-ph
Practical Limits of Error Correction for Quantum Metrology
噪声是量子精密测量中最大的障碍，它限制了量子测量的精度和灵敏度.有许多技术可以减轻噪声的影响，但这永远无法完全做到。一种通常提出的技术是重复应用量子纠错。不幸的是，恢复海森堡极限所需的重复频率是现有量子技术无法实现的。在这篇文章中，我们探讨离散应用量子纠错与当前的技术限制。我们建立了量子纠错可以是有益的，并强调了需要改进的因素，以便可以可靠地达到海森堡极限水平的精度。
2021-04-26 quant-ph
Precision bounds in noisy quantum metrology
在理想化的设置中，量子精密测量协议允许感测具有均方误差的物理参数，该均方误差随着所涉及的粒子的数量而缩放为$1/N^2$--基本上超过了经典统计的$1/N$缩放特性。一个自然的问题出现了，这样一个令人印象深刻的增强是否持续时，考虑到退相干效应是不可避免的，在任何现实生活中的实现。在这篇论文中，我们解决了这个问题的一个主要部分，通过描述一般的技术，允许量化的可达到的精度在不相关的噪声的存在下，在并行计算方案。我们表明，抽象的几何结构的量子信道描述一个单一的粒子的嘈杂的演变，然后决定最终的量子增强的临界边界。我们的研究结果证明，一个无穷小的噪声量是足够的限制的精度，以规模经典的渐近$N$限制，从而限制最大的改善一个常数因子。虽然对于低数量的粒子的退相干可以被忽略，对于大的$N$的噪声的存在大大改变了最佳状态和测量达到最终的分辨率的形式。然而，所建立的界限通常可以通过使用当前实验的自然技术来实现。在这项工作中，我们彻底介绍了必要的概念和数学工具躺在背后的任务，包括频率和贝叶斯估计理论框架。我们提供了典型的量子比特噪声模型的方法的应用程序的例子，但我们也详细讨论了马赫-曾德尔干涉术在经典和量子设置的相位估计任务-特别强调光子损耗，同时分析退相干的影响。
2015-01-02 quant-ph
Quantum metrology for non-Markovian processes
量子精密测量是量子技术中发展迅速的一个分支。虽然已经建立了关于马尔可夫过程的量子精密测量的各种理论，即，量子信道估计、非马尔可夫过程的量子精密测量的研究要少得多。在这封信中，我们建立了一个非马尔可夫量子精密测量的一般框架。对于有限维系统上的任意参数化非马尔可夫过程，我们导出了一个最优控制探测态能从中提取的最大量子费舍尔信息量的公式.此外，我们设计了一个算法，通过半定规划评估这个量子费舍尔信息。我们将我们的框架噪声频率估计，我们发现，量子精密测量的最佳性能是更好的非马尔可夫的情况下，比在马尔可夫的情况下，并探讨通过简单的变分电路的有效感测的可能性。
2021-08-03 quant-ph
Gaussian quantum metrology in a dissipative environment
量子精密测量追求通过使用量子资源对物理量进行高精度测量。然而，退相干通常阻碍其性能。先前的工作发现，由于Born-Markovian近似退相干，在长编码时间范围内，量子误差趋于发散，这被称为噪声量子精密测量的不通过定理。本文提出了一种以双模量子化光场为量子探针的高斯量子精密测量方案。在理想情况下，它达到了亚海森堡极限的精度。然而，马尔可夫退相干导致的质心模式的探针所贡献的误差发散。在非马尔可夫动力学中发现了一种消除这种表面上的不去定理的机制。我们的结果为在实际连续变量系统中实现高精度量子精密测量提供了一条有效途径。
2021-11-03 quant-ph
Entanglement-enhanced optimal quantum metrology
本文提出一种利用纠缠和辅助系统优化耦合的量子最优控制方案，以在马尔可夫噪声下增强量子计量灵敏度，比较分析表明其优于非纠缠方案，并在特定噪声场景下显著提升性能。
2024-11-06 quant-ph
Heisenberg versus standard scaling in quantum metrology with Markov generated states and monitored environment
寻找最佳的、噪声鲁棒的探测态是量子精密测量中的一个关键问题。在本文中，我们提出马尔可夫动力学作为一种可能的机制，产生这样的状态，并显示如何海森堡缩放出现多个“动态阶段”（稳态），和无噪声信道的系统。我们通过将马尔可夫输出耦合到“环境”附属物来建模噪声信道，并考虑环境被监测以增加输出的量子费舍尔信息的情况。在这种设置中，我们发现，生存的海森堡极限取决于环境是否收到“哪个阶段”的信息的记忆系统。
2014-07-04 quant-ph
Lossy Quantum Optical Metrology with Squeezed States
我们研究了在光子损失情况下利用压缩态的精确相位估计。我们精确的量子费舍尔信息计算显示出显着的量子增强，从而揭示了在这种噪声情况下的实际量子精密测量的基准。然而，我们发现现有的奇偶性测量方案[P.M.Anisimov等人，Phys.Rev.Lett. 104，103602（2010）]的行为甚至比给定非常小的损耗的经典情况更差，除非我们采用适当的损耗相关相移。利用我们的公式，可以同时计算光子资源配置的折衷策略的两个优化方面，包括探测前相移和随之而来的光强。因此，我们的研究结果为在实验上实现压缩态相位估计的量子精密测量提供了可能。
2013-08-10 quant-ph
Time-energy uncertainty relation for noisy quantum metrology
本研究针对噪声量子计量学，证明量子钟时间估计精度的损失等于环境获得的能量信息增益，并给出计量码构造方案，为抗噪量子传感提供新途径。
2024-02-04 quant-ph
Noise-dependent optimal strategies for quantum metrology
我们表明，对于一些嘈杂的信道，最佳的纠缠辅助策略取决于噪声水平。我们注意到，平行纠缠策略和辅助策略之间存在非平凡的交叉--在前者中，探针都纠缠在一起，在后者中，探针与无噪音的辅助策略纠缠在一起，但不是在它们之间。这种转变可以通过以下事实来解释：可分离状态对噪声更具鲁棒性，因此在高噪声限制下是最佳的，但它们又被辅助状态所超越。
2018-02-15 quant-ph
Interplay between time and energy in bosonic noisy quantum metrology
本文将能量与时间同时视为资源，研究了玻色噪声量子计量学中两者的非平凡相互作用，推导了精度界限并给出了最优时间分配方案，发现在多数情况下无需自适应或辅助纠缠即可达最优，且快速制备并测量 Fock 态在温度估计中优于经典策略。
2025-05-20 quant-ph
Variational Limits for Phase Precision in Linear Quantum Optical Metrology
我们应用变分方法得到了一些噪声系统中参数精度的普遍和解析下界。首先推导了非零温度下有耗光干涉测量中相位精度的下限。在此基础上，考虑了振幅阻尼和相位扩散对相移精度的影响。最后，我们将恒定相位估计推广到连续涨落相位估计的情形，发现由于光子损失，相应的均方误差随着总光子通量的增加从随机海森堡极限过渡到随机标准量子极限。
2015-10-26 quant-ph
Improved quantum metrology using quantum error-correction
我们考虑噪声环境中的量子精密测量，其中噪声和退相干的影响限制了通过量子纠缠可实现的精度增益。我们表明，通过使用量子纠错的工具，这种限制是可以克服的。这在两种情况下得到了证明，包括具有单量子比特退相或去极化噪声的多体哈密顿量和具有横向噪声的单体哈密顿量。在这两种情况下，我们表明，海森堡标度，因此，二次改进的经典情况下，可以保留。此外，对于频率估计的情况下，我们发现，在某些情况下，允许包含误差校正，即使在渐近极限的有限的最佳询问时间。
2014-03-05 quant-ph
Noisy quantum metrology with the assistance of indefinite causal order
一个受去极化噪声影响的通用量子比特幺正算符被复制并插入到量子开关过程中，实现因果序的叠加。讨论了开关量子信道对探测-控制量子比特对联合态的作用。切换信道，然后专门调查的重要的相位估计的任务上的嘈杂的酉算子，与Fisher信息，经典或量子的性能评估。与传统的估计技术进行比较，其中噪声酉直接探测在一个阶段或两个阶段的级联与明确的顺序，或几个使用它们与两个或更多的量子位。在切换信道与不确定的顺序，具体的属性报告，有意义的估计和不存在与传统的技术。结果表明，控制量子位，虽然它从来没有直接与酉相互作用，但仍然可以单独测量有效的估计，而丢弃的探针量子位与酉相互作用。此外，控制量子位的测量保持了在困难条件下有效估计的可能性，在困难条件下，传统的估计变得不那么有效，如配置不良的输入探针，或在盲目的情况下，当酉的轴是未知的。通过测量控制量子比特的有效估计仍然是可能的，即使当输入探针倾向于与幺正的轴对齐时，或者与完全去极化的输入探针对齐时，而在这些条件下，传统的估计变得不可靠。切换通道的探测量子位的测量也被示出为相位估计添加有用的能力。这些结果有助于分析具有不定阶的开关量子信道的信息处理，并揭示了量子比特计量学的新可能性。
2021-04-13 eess.SP quant-ph
Error-Mitigated Quantum Metrology via Virtual Purification
利用纠缠资源的量子精密测量旨在通过利用量子效应甚至在存在环境噪声的情况下实现超过标准量子极限的灵敏度。到目前为止，灵敏度主要是从减少统计误差的角度进行讨论的假设下，完美的知识的噪声模型。然而，我们不能总是获得完整的信息，由于相干时间波动，这是经常在实验中观察到的噪声模型。这种未知的波动噪声导致系统误差并使量子优势无效。在这里，我们提出了一个错误缓解的量子精密测量，可以过滤掉未知的波动噪声的帮助下，基于纯化的量子错误缓解。我们证明，我们的协议减轻了系统误差，并恢复超经典缩放在实际情况下与时间不均匀的偏置诱导噪声。我们的研究结果揭示了基于纯化的误差缓解未知的波动噪声的有用性，从而铺平了道路，不仅为实际的量子精密测量，但也为量子计算受这种噪声的影响。
2022-12-17 quant-ph
A variational toolbox for quantum multi-parameter estimation
随着噪声和中等规模量子设备的生态系统不断扩大，探索其可能的应用是量子信息科学的一个快速发展的领域。在这项工作中，我们证明了变分量子算法在这样的设备上的可行性解决了量子精密测量领域的核心挑战：识别噪声多参数估计问题的近最佳探针和测量算子。我们首先介绍了一个一般的框架，它允许顺序更新的变参数，以改善探测状态和测量，并广泛适用于离散和连续变量设置。然后，我们通过数值模拟展示了该方法的实际功能，展示了定制的探针和测量如何在嘈杂的制度下改善标准方法。一路上，我们证明了一个一般的参数移位规则的有效性，噪声的演变，预计将普遍感兴趣的变分量子算法。在我们的方法中，我们提倡量子辅助设计的思想，利用量子技术来学习接近最佳的，实验上可行的量子精密测量协议。
2020-06-11 quant-ph
Quantum-enhanced metrology for multiple phase estimation with noise
我们提出了一个一般的框架，研究同时估计的多个相位在存在噪声作为一个离散化的相位成像模型。这种方法可以导致多相估计的精度的非平凡界。我们的结果表明，即使在噪声环境中，多个相位的同时估计（SE）总是优于每个相位的单独估计（IE）。然而，由于$d$是相位的数量，估计的方差中的$O(d)$优势可能渐进地消失，利用该优势，SE优于用于无噪声过程的IE方案。当噪声较低时，这些边界恢复海森堡尺度，具有$O(d)$优势。举例说明了光子损失信道多相位估计界的实用性。
2014-08-10 quant-ph
Practical resources and measurements for lossy optical quantum metrology
我们研究了在有损马赫-曾德尔干涉仪（MZI）使用两个一般的，实用的，由激光器和非线性光学介质与被动优化元件，这是在实验室中容易获得的资源产生的相位估计的灵敏度：一个是在分束器的双模可分离的相干和压缩真空态，另一个是双模压缩真空态。考虑到量子费舍尔信息给出的极限精度，我们证明了在光子损失信道下，双模压缩真空态比相干压缩真空态能达到一个估计误差的下界.我们进一步考虑了实际的测量方案，零差探测和光子数分辨探测（PNRD），以表征在现实中的相位估计的准确性，并发现相干和压缩真空态在很大程度上实现了一个下界比双模压缩真空在有损MZI，同时保持量子增强超过散粒噪声限制。通过比较零差探测和PNRD，我们证明了零差探测的正交测量比PNRD的宇称测量对光子损失的鲁棒性更强。我们还表明，双零差检测可以提供一个更好的工具，相位估计比单零差检测对光子损失。
2017-12-06 quant-ph
Noise-Resilient Quantum Metrology with Quantum Computing
本文提出利用量子计算机直接处理量子数据以优化抗噪声量子计量，通过金刚石氮-空位中心实验和超导量子处理器模拟验证了该方法能提高传感精度与灵敏度，克服经典数据加载瓶颈。
2025-11-05 quant-ph
Probe optimization for quantum metrology via closed-loop learning control
实验上达到标准量子精密测量方案所承诺的精度总是具有挑战性的。最近，附加的控制被应用于设计可行的量子精密测量方案。然而，这些方法一般不考虑实施的容易性，从而增加了阻碍其实现的技术障碍。在本文中，我们绕过这个问题，通过应用闭环学习控制，提出了一个实用的控制顺序方案的量子精密测量。探测态的纯度损失与量子费舍尔信息有关，它被有效地测量作为指导学习循环的适应度。通过数值分析和在核磁共振（NMR）系统中的实验验证，我们证实了它的可行性和优于标准量子精密测量方案的某些优势。
2020-07-21 quant-ph
Coherent measurements in quantum metrology
众所周知，量子关联探测器在估计未知参数时比经典探测器具有更高的精度。然而，如何测量这样的量子探针仍然有些难以捉摸。我们通过考虑两种类型的读出策略来研究测量在量子精密测量中的作用：相干的，其中所有探针在纠缠的基础上同时测量;和自适应的，其中探针顺序测量，每个测量都以先前的结果为条件。在这里，我们首先表明，对于经典相关的探针的两个读出策略产生相同的精度。其次，我们构建了一个有噪声的多体量子系统的例子，其中相干读出产生比自适应读出更好的精度。这突出了经典和量子参数估计之间的根本区别。从实用的角度来看，我们的研究结果是相关的精确测量量子器件的优化设计。
2015-02-19 quant-ph
Enhancing Quantum Metrology by Quantum Resonance Dynamics
本研究提出一种基于周期驱动自旋系统高阶量子共振的量子计量协议，可规避制备高保真纠缠态、读出噪声及噪声环境禁规定理三大障碍，实现海森堡标度精度且抗马尔可夫噪声，可在现有平台验证。
2025-02-03 quant-ph
Evaluating the Holevo Cramér-Rao bound for multi-parameter quantum metrology
只有同时估计多个参数，才能充分揭示计量学的量子方面。这是由于观测值的不相容性。多参数量子估计的基本界限是Holevo Cramér-Rao界限（HCRB），其评估迄今为止仍然难以捉摸。对于有限维系统，我们重铸其评估作为一个半定的计划，减少规模的秩亏态。我们使用这个结果来研究相位和损失估计在光干涉和三维磁场测量与噪声多量子比特系统。对于前者，我们表明，在某些制度下，它是可能的，以达到最佳的（单副本）测量相位估计的HCRB。对于后者，我们展示了HCRB和不相容性之间的非平凡相互作用，并提供了数值证据，证明投射单拷贝测量在无噪声的两量子比特情况下达到HCRB。
2019-06-13 quant-ph
Bayesian multi-parameter quantum metrology with limited data
量子精密测量中的一个长期问题是如何在实际场景中提取尽可能多的信息，不仅具有多个未知参数，而且具有有限的测量数据和一定程度的先验信息。在这里，我们提出了一个切实可行的解决方案：我们推导出一个新的贝叶斯多参数量子界，构建最佳测量时，我们的界可以饱和为一个Single Shot，并考虑实验涉及这些测量的重复序列。我们的方法正确地解释了测量的数量和先验信息的程度，我们用量子比特传感网络和相位成像模型来说明我们的想法，澄清了局部和全局方案的非渐近作用。至关重要的是，我们的技术是一种在广泛的实际场景中实现量子协议的强大方法，这些场景是Helstrom和Holevo Cramér-Rao边界等工具通常无法访问的。
2020-02-14 quant-ph
Efficient adaptive control strategy for multi-parameter quantum metrology in two-dimensional systems
提出一种二维系统中多参数量子计量学的高效自适应控制策略，通过系统扩展消除权衡并优化演化时间，以少量迭代实现最优精度且具鲁棒性。
2025-10-16 quant-ph
Reviving the precision of multiple entangled probes in an open system by simple $π$-pulse sequences
纠缠态的量子精密测量在实际噪声环境中总是会受到退相干的影响。因此，测量精度大大降低。在这里，我们应用动态解耦方法来保护$N$ -量子比特量子精密测量协议，并成功地恢复了测量精度的缩放为${N^{-k}}$与$k\in \left[{5/6,11/12}\right]$。由噪声谱分布确定的精度恢复程度表明，通过控制噪声谱可以进一步提高被保护协议的性能。这种保护协议在纯退相和弛豫噪声下对基于纠缠的量子精密测量具有普遍性，这将促进微观物理弱信号检测实用量子精密测量的发展。
2016-10-27 quant-ph
