Shortcut-to-adiabaticity-like techniques for parameter estimation in quantum metrology
量子精密测量利用量子力学来提高精确测量和测量灵敏度。它通常是为时间无关的哈密顿量而制定的，但时间相关的哈密顿量可以提供优势，例如Fisher信息的$T^4$时间相关性，这是时间无关的哈密顿量无法达到的。在具有时间相关哈密顿量的量子精密测量的最佳自适应控制（Nature Communications 8，2017）中，Shengshi Pang和Andrew N. Jordan提出了一种类似Shortcut-to-adiabaticity（STA）的方法，即在原哈密顿量上增加一个控制项，以达到Fisher信息的上界。我们从STA的角度重新审视这项工作，以确定STA类方法在计量和普通STA之间的联系和区别。该分析为其他STA类技术在参数估计中的应用铺平了道路。特别是，我们探索使用物理酉变换，提出替代的时间依赖的哈密顿量，这可能更容易在实验室中实现。
2020-11-04 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
An Efficient Algorithm for Optimizing Adaptive Quantum Metrology Processes
量子增强计量推断未知量的准确性超出标准量子极限（SQL）。基于反馈的数据挖掘技术有望击败SQL，但设计反馈过程是困难和低效的。在这里，我们介绍了一个有效的自学习群体智能算法设计基于反馈的量子计算程序。我们的算法可以通过模拟或真实世界的试验进行训练，并适应实验缺陷，损失和退相干。
2011-04-19 quant-ph
Using adaptiveness and causal superpositions against noise in quantum metrology
本文推导了最一般自适应量子计量场景下的新精度界限，证明其渐近等价于并行方案，并解决长期猜想，同时表明因果叠加策略无渐近优势。
2023-01-10 quant-ph
Algebraic metrology: Pretty good states and bounds
我们研究量子精密测量使用李代数方法的一类哈密顿量，包括本地和最近邻相互作用哈密顿量。使用这个李代数公式，我们确定并构建高度对称的状态，承认海森堡标度在没有噪声的情况下，在精度，并调查其性能存在噪声。为此，我们进行了数值标度分析，并推导出上界的量子费舍尔信息。
2015-08-25 quant-ph
Quantum metrology for the Ising Hamiltonian with transverse magnetic field
我们考虑量子精密测量的幺正演化产生的参数依赖的哈密顿量。我们专注于由伊辛哈密顿量产生的幺正演化，伊辛哈密顿量描述了具有最近邻相互作用的一维自旋链的动力学，并且存在全局横向磁场。我们解析地解决了这个问题，并表明，精度与它可以估计的磁场（相互作用强度）给定一个知道的相互作用强度（磁场）标度在海森堡极限，并可以实现的真空和N自由费米子状态的线性叠加。此外，我们表明，GHZ型状态表现出海森堡标度的精度在整个政权的参数。此外，我们在数值上观察到，使用产品输入状态的最佳精度尺度在标准量子极限。
2015-08-25 quant-ph
Non-adaptive Heisenberg-limited metrology with multi-channel homodyne measurements
我们展示了一个协议，实现最终的海森堡标度的敏感性，在一个通用的线性网络中编码的参数估计，而不采用任何辅助网络，也不需要任何先验信息的参数，也不对网络结构。因此，该协议不需要参数的先前粗略估计，也不需要网络的自适应。我们分析的方案包括一个单模压缩态和零差检测器在每个$M$输出通道的网络编码的参数，使其可行的实验应用。
2021-10-07 quant-ph
Feedback Ansatz for Adaptive-Feedback Quantum Metrology Training with Machine Learning
构建利用量子特征（如纠缠和相干）来超越标准量子极限的计量方案是具有挑战性的。提出了一种自适应反馈量子精密测量（AFQM）策略的设计方法，大大减小了搜索空间。结合马尔可夫反馈假设，对于N个探测系统，设计AFQM的计算复杂度将从$N^7$降低到$N^4$。因此，通过机器学习（如粒子群优化和衍生进化）设计的反馈方案需要更少的时间，并产生同样好的不精确缩放。因此，我们设计了一个AFQM的207部系统。当采用207-partite系统的参数设置而无需进一步训练时，不精确缩放将稳定地持续N > 207。我们的分析表明，反馈策略对量子比特丢失具有内置的弹性。针对无噪声情况设计的反馈策略已经针对量子比特损失噪声和相位波动噪声进行了测试。我们的数值结果证实了反馈策略对这两种噪声的巨大弹性。
2019-12-20 quant-ph
Quantum time-flip beats adaptive metrology: Asymptotic benefit, activation, and unsimulability
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究所）；Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Networked Quantum Devices Unit, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学量子设备网络单元）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
该研究提出不确定时间方向计量学（ITDM），证明量子时间翻转辅助协议可突破渐近极限，在泡利噪声信道下达海森堡标度，且其超映射无法被常规量子电路模拟，确立不确定时间方向为量子计量学资源。
2026-09-02 quant-ph
Nonlinear metrology with a quantum interface
我们用集体连续变量形式描述了非线性量子原子-光界面和非线性量子精密测量。我们开发了一个非线性的有效哈密顿量的自旋和极化集体变量，并表明，模型哈密顿量的兴趣，非线性量子精密测量可以产生在$^{87}$ Rb合奏。有了这些哈密顿量，计量学上相关的原子性质，例如集体自旋，可以比“海森堡极限”$\propto 1/N$更好地测量。与其他提出的非线性计量系统相比，原子-光界面允许对相同原子量进行线性和非线性估计。
2010-05-26 physics.atom-ph quant-ph
Optimal and near-optimal probe states for quantum metrology of number conserving two-mode bosonic Hamiltonians
我们推导出最佳和近最佳探测态的家庭的耦合常数的量子估计，一般的双模数守恒玻色子哈密顿描述一体和两体动力学。我们发现估算模的退相、自相互作用强度和接触相互作用强度的最佳态与NOON态有关，而估算模间单粒子隧穿振幅的最佳态是对映SU（2）相干态的叠加.为了估计对隧穿的振幅和密度依赖的单粒子隧穿过程的振幅，分别，我们引入类变分叠加探测态，提供相应的量子Cramér-Rao边界的接近完美的饱和。我们表明，在哈密顿量的对隧穿项的基态具有高保真度的最佳状态估计的单粒子隧穿振幅，这表明高性能的探针隧穿振幅估计可以通过调整的双模系统通过量子相变。
2016-10-18 quant-ph
Quantum metrology for a general Hamiltonian parameter
量子精密测量利用量子力学的独特资源，如纠缠，提高了参数估计的灵敏度。它已被证明，估计的整体乘法因子的哈密顿量的精度可以增加到超过经典的限制，但鲜为人知的是，估计一般的哈密顿参数。在本文中，我们详细研究了这个问题。我们发现，缩放的估计精度与系统的数量总是可以优化到海森堡极限，而时间的缩放可以是完全不同的，从估计一个整体的乘法因子。我们在哈密顿量的幺正演化算符上导出了局部参数平移的生成元，并利用它来评估参数的估计精度，建立了量子费舍尔信息的一般上界.结果表明，量子费舍尔信息一般可分为两部分：一部分是随时间平方的，另一部分是随时间振荡的。当哈密顿量的本征值不依赖于参数时，二次项为零，此时量子费舍尔信息将是有界的。为了说明结果，我们给出了一个通过测量自旋$\frac{1}{2}$粒子来估计磁场参数的例子，并比较了估计磁场的幅度和方向的结果。
2016-05-29 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
Dynamical decoupling leads to improved scaling in noisy quantum metrology
考虑了动力学解耦在量子精密测量中的应用，其中系统与环境的联合演化由一个哈密顿量描述。我们证明了，通过仅局部作用于系统量子比特的超快幺正控制操作，基本上可以消除各种噪声。这是以这样一种方式完成的，即所需的演化最多减少一个常数因子，从而导致海森堡缩放。唯一的例外是由待估计的哈密顿量本身生成的噪声。然而，即使对于这样的并行噪声，与任何局部噪声的标准量子极限相比，可以通过对称化来实现改进的缩放。
2015-12-23 quant-ph
Experimental multiparameter quantum metrology in adaptive regime
本文在可编程集成光子电路中结合量子增强多参数估计与自适应学习，在有限资源下实验演示三个光学相位的同时估计并达到量子极限。
2022-08-30 quant-ph
Adaptive quantum metrology under general Markovian noise
我们考虑一个一般模型的酉参数估计存在的马尔可夫噪声，其中的参数估计与动力学的哈密顿部分。在没有噪声的情况下，可以利用精确缩放将酉参数估计为$1/T$，其中$T$是总探测时间。我们提供了一个简单的代数条件，只涉及运营商出现在量子主方程，这意味着在最一般的自适应量子估计策略下，最多$1/\sqrt{T}$缩放精度。我们还讨论了量子纠错类协议必须满足的要求，以便在上述代数条件不满足的情况下重新获得$1/T$精度缩放。此外，我们应用所开发的方法来了解原子干涉测量的基本精度限制，考虑到多体效应，对非线性非线性模型的性能提供了新的认识。
2018-08-16 quant-ph
Many-body $k$-local ground states as probes for unitary quantum metrology
Universiteit Leiden（莱顿大学）；aQa L Applied Quantum Algorithms Leiden（aQa L 应用量子算法莱顿）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究k-局部基态在量子计量中的性能，发现其具有海森堡缩放，并揭示了制备难度与量子 Fisher 信息的权衡关系。
2025-12-02 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
Single-shot Adaptive Measurement for Quantum-enhanced Metrology
量子增强计量旨在估计未知参数，使得精度比散粒噪声界限更好。单次自适应量子增强计量（AQEM）是一种很有前途的方法，它使用反馈来根据先前的测量结果调整量子过程。由于测量和结果之间的因果关系，自适应情况下的技术和形式主义与通常的非自适应量子精密测量方法完全不同。我们构建了一个正式的框架AQEM建模的过程作为一个决策过程，我们推导出的不精确性和Cramér-Rao下界明确依赖于反馈政策。我们还解释了生成量子控制策略的强化学习方法，由于最优策略的设计是不平凡的，因此采用了这种方法。应用基于差分进化的学习算法，使我们能够获得自适应干涉相位估计的不精确性，这原来是SQL时，在该方案中使用的非纠缠粒子。
2016-08-22 quant-ph stat.ML
Multiparameter quantum-enhanced adaptive metrology with squeezed light
本文提出一种自适应多参数估计策略，利用实时反馈联合估计相位和压缩水平，在无需先验知识下实现全周期区间低于标准量子极限的精度，建立自校准的量子增强传感框架。
2025-10-16 quant-ph
Nonlinear quantum metrology of many-body open systems
在马尔可夫极限下，给出了多体开放系统非线性量子精密测量中参数估计误差的一般界。给定$k$体哈密顿量和$p$体Lindblad算符，用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态作为探测器的哈密顿参数的估计误差被证明为$N^{-\left(k-\frac{p}{2}\right)}$，超过了$2k>p+1$的散粒噪声极限.建立了$p\geq 1$的初积态和最大纠缠态之间的度量等价性。我们进一步表明，可以估计系统与环境的耦合参数与精度$N^{-\frac{p}{2}}$，而多体退相干提高精度$N^{-k}$在波动$k$体哈密顿量的噪声幅度估计。对于长程伊辛模型，我们表明，这个参数的精度击败散粒噪声限制时，相互作用的范围是低于阈值。
2017-07-12 quant-ph
Quantum metrology at the Heisenberg limit with ion traps
被囚禁离子运动自由度的维格纳函数中的亚普朗克相空间结构可以用来进行具有海森堡极限灵敏度的弱力测量。我们提出的方法来工程的哈密顿量的被困离子产生这样的小尺度结构的状态，我们展示了如何使用它们在量子精密测量的应用。
2006-08-09 quant-ph
Quantum enhanced metrology of Hamiltonian parameters beyond the Cramèr-Rao bound
这是一个教程，旨在说明一些最新的发展，量子参数估计超出了克拉默-拉奥界限，以及它们的应用在量子精密测量。我们的出发点是观察到在经典和量子精密测量中存在这样的情况，其中感兴趣的未知参数除了确定探针的状态之外，还影响测量设备的操作，例如可能结果的范围。在这些情况下，可能会出现不规则的统计模型，Cramèr-Rao定理对此不成立。反过来，可实现的精度可能超过Cramèr-Rao界限，为增强计量开辟了新的途径。我们专注于量子估计的哈密顿参数，并表明，可实现的约束精度（超越Cramèr-Rao）可以得到一个封闭的形式，所谓的控制能量测量类。文中给出了新界在量子精密测量中各种估计问题中的应用实例。
2020-03-05 math-ph math.MP quant-ph
Many-body effects in quantum metrology
研究了多体效应对量子精密测量基本精度极限的影响。一方面，这种效应可能导致非线性哈密顿量，在非线性量子精密测量领域中进行了研究，而另一方面，它们可能导致无法使用单体噪声模型描述的退相干过程。我们提供了一个一般的推理，允许预测的基本缩放精度在这样的模型中作为系统中存在的原子的数量的函数。此外，我们描述了一个计算效率高的方法，允许一个简单的推导定量界限。我们说明了这些一般性的考虑，详细分析的基本精度界限在一个典型的原子干涉实验与标准的线性哈密顿量，但考虑到单和两个身体的损失-一个模型，这是出于最近的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的磁力测量实验。使用这个例子，我们还强调了原子数超选择规则的影响，保护干涉协议对退相干的可能性。
2018-10-17 quant-ph
Interpreting Quantum Discord in Quantum Metrology
多体量子系统显示出不允许经典解释的性质。特别是，即使是非纠缠态也可以享受一种称为量子不和谐的量子关联。我讨论了最近的一些结果的作用，量子不和谐的计量学。给定干涉相位估计协议，其中哈密顿量最初是未知的实验，量子不和谐的探测状态量化的最小精度的估计。这提供了一个广泛研究的信息理论量的物理解释。
2015-11-03 quant-ph
New bounds on adaptive quantum metrology under Markovian noise
我们分析的问题，估计一个标量参数$g$，控制的量子系统的哈密顿马尔可夫噪声。具体地说，我们放置的增长率的量子费舍尔信息相对于$g$的界限，在Lindblad运营商和$g$ -衍生的哈密顿量$H$。我们的新界限不仅比文献中的更普遍适用-例如，它们适用于具有时间依赖的哈密顿算子和/或Lindblad算子的系统，以及无限维系统，如振荡器-但在以前的界限确实适用的情况下，也更严格。我们直接从描述系统的随机主方程推导出我们的边界，而不需要离散其时间演化。我们还使用我们的研究结果来调查如何敏感的一个单一的检测系统可以与不同的时间依赖性的信号。我们证明了灵敏度带宽与$\partial H/\partial g$的量子涨落有关，说明了“非经典”状态如何增强系统敏感的信号范围，即使它们不能增加其峰值灵敏度。
2022-08-10 quant-ph
Iterative optimization in quantum metrology and entanglement theory using semidefinite programming
Durham University（杜伦大学）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克自治大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与教育网络维格纳物理研究中心）；Donostia International Physics Center DIPC（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Department of Theoretical Physics, University of Szeged（塞格德大学理论物理系）；HUN-REN Institute for Nuclear Research（匈牙利研究与教育网络核物理研究所）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯科，巴斯克科学基金会）
本文提出基于半定规划的迭代see-saw方法，优化双体量子系统中局域哈密顿量的计量性能，并应用于纠缠检测。
2026-05-21 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
Quantum metrology using quantum combs and tensor network formalism
本文提出结合量子梳与张量网络表示的高效算法，以优化含任意量子控制的自适应量子估计协议，可将信道使用规模提升至 N=50，并分析多种噪声下的计量性能。
2025-03-19 quant-ph
Protecting Heisenberg scaling in quantum metrology via engineered dressed states
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本文提出利用静态场生成的 dressed 状态来抑制噪声并保持信号灵敏度，证明在低温噪声下，若信号生成器不在系统-环境耦合算符线性空间中，可实现 Heisenberg 缩放。
2026-08-24 quant-ph
Temperature-Enhanced Critical Quantum Metrology
本文证明有限温度可反直觉地增强临界量子计量协议性能，并通过绝热制备及近临界点制备在多个模型中提升量子Fisher信息，从而将温度视为一种计量资源。
2024-02-22 quant-ph
Adaptive quantum metrology with large dynamic range using short one-axis twists
University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出了一种实验可行的自适应相位估计方案，通过交替应用轴扭操作和旋转，利用多项式递减的OAT角度和衰减的自旋压缩参数，实现大动态范围的高精度相位估计。
2026-03-14 quant-ph
Toward Heisenberg Scaling in Non-Hermitian Metrology at the Quantum Regime
研究量子机制下的非厄米参数估计，提出适用于一般非厄米哈密顿量的量子Fisher信息表达式，推导最优测量条件并实验验证了估计精度中海森堡标度的实现。
2025-09-16 quant-ph
Uncertain Quantum Critical Metrology: From Single to Multi Parameter Sensing
针对控制参数不确定性影响临界量子计量精度却被忽视的问题，提出单多参数估计的通用分析框架，通过两类模型验证发现有限系统中鲁棒性与量子优势存在权衡，为临界量子计量的实用化提供思路。
2025-06-11 quant-ph
Combining critical and quantum metrology
本文提出一种将临界计量与传统量子计量相结合的统一协议，通过引入干涉项增强量子Fisher信息，并给出解析表达式及近最优测量方法，适用于封闭和耗散系统。
2024-02-09 quant-ph
Universal time scalings of sensitivity in Markovian quantum metrology
该研究在马尔可夫量子传感系统中，通过代数条件表征了四类计量模型的时间标度，给出最紧灵敏度界限，适用于多种量子计量应用。
2025-02-11 quant-ph
Adaptive Circuit Learning for Quantum Metrology
量子传感是新兴量子技术的重要应用。我们探讨了量子传感器和量子线路的混合系统是否可以超越经典的传感极限。特别是，我们使用优化技术来搜索编码器和解码器电路，可扩展地提高灵敏度，在给定的应用程序和噪声特性。我们的方法使用变分算法，可以学习基于特定于平台的控制能力，噪声和信号分布的量子传感电路。该量子线路由准备最佳感测状态的编码器和给出包含信号信息的输出分布的解码器组成。我们对整个电路进行了优化，以最大化信噪比（SNR）。此外，该学习算法可以在实际硬件上可扩展地运行，通过使用“参数移位”规则，使梯度评估噪声量子线路，避免了量子系统模拟的指数成本。我们使用IBM量子计算机证明了与现有固定协议（GHZ）相比高达13.12倍的SNR改善，以及与15个量子位的经典限制相比3.19倍的经典Fisher信息（CFI）改善。更值得注意的是，我们的算法克服了现有的基于纠缠的协议的性能下降，增加系统的大小。
2021-11-16 quant-ph
Quantum metrology at level anti-crossing
我们解决参数估计在两能级系统表现出水平反交叉，并证明普遍最优的策略参数估计可以设计，也就是说，我们可以找到一个参数独立的测量方案，导致最终的量子精度独立的性质和值的参数的兴趣。最佳估计也可以在高温下实现，这取决于两级哈密顿量的结构。最后，我们表明，没有改善是可以实现的动态策略和讨论的应用程序的例子。
2017-10-09 quant-ph
Critical Quantum Metrology in the Non-Linear Quantum Rabi Model
光模与量子比特之间存在线性耦合的量子Rabi模型（QRM）模拟了消失模频率下的二阶相变，从而实现了少体系统中的临界增强量子精密测量.我们发现，包括一个非线性耦合项的QRM表现出更高的测量精度，由于其一阶类似相变在\emph{finite}频率，避免了有害的慢下来的影响接近临界点的线性QRM。当偏置项被添加到哈密顿量时，如果在电路QED平台中实现，则系统可以用作磁通计或磁力计。
2022-06-16 quant-ph
Probabilistic Metrology Attains Macroscopic Cloning of Quantum Clocks
最近的研究表明，基于后选择的概率协议提高了相位估计和量子时钟复制的性能。在这里，我们证明，在这两个任务的改进完全匹配的克隆数量增长到无穷大的宏观限制，保持渐近克隆和估计的成功概率的任意值之间的等价性。值得注意的是，克隆保真度关键取决于时钟哈密顿量的理性独立本征值的数量。我们还证明了概率计量学可以模拟克隆的宏观限制任意组的状态，只要模拟的性能是通过测试小组的克隆。
2014-06-09 quant-ph
Variational principle for optimal quantum controls in quantum metrology
我们发展了一个变分原理来确定量子控制和初始状态，优化了量子费舍尔信息，这是量子精密测量中表征精度的量。当可用控制的集合是有限的，确切的最优初始状态和最优控制一般依赖于探测时间，在无限制的情况下，缺少的功能。然而，与时间无关的哈密顿与限制控制，问题可以近似地减少到无约束的情况下，通过Floquet工程。特别是，我们发现磁力与时间无关的自旋链包含三体相互作用，即使控制被限制为一个和两个身体的相互作用，海森堡标度仍然可以近似实现。我们的研究结果打开了大门，调查量子精密测量下的一组有限的可用控制，相关的多体量子精密测量在现实的情况下。
2022-04-26 quant-ph
Reference-frame-independent quantum metrology
University of Tsukuba（筑波大学）；Center for Artificial Intelligence Research (C-AIR), University of Tsukuba（筑波大学人工智能研究中心）；QSTAR, INO-CNR, and LENS（QSTAR、INO-CNR和LENS）；Universität Siegen（锡根大学）；Department of Theoretical Physics, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学理论物理系）；EHU Quantum Center, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学EHU量子中心）；Donostia International Physics Center DIPC（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯克，巴斯克科学基金会）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与教育网络维格纳物理研究中心）
本文提出在无共同参考系情况下，通过制备多个量子系统副本并进行局部测量实现非线性量子计量，推导了基于局部单位元不变量的计量精度公式，并分析了局部退相干对精度标度的影响。
2026-03-27 quant-ph
Enhancing sensitivity in quantum metrology by Hamiltonian extensions
在量子参数估计理论中，当待估计的参数通过形式为$θG$的哈密顿量印记在初始状态上时，出现了一个被充分研究的场景。对于这样的“相移哈密顿量”，已经表明，不能通过添加辅助物并让系统与它们相互作用来改善通道量子费舍尔信息。在这里，我们调查的一般情况下，其中的哈密顿量不一定是一个相移，并表明，在这种情况下，在一般情况下，它\emph{is}可能增加的量子信道的信息，并达到一个上限。这可以通过增加一个与哈密顿量的导数成比例的项，或者通过从原始哈密顿量中减去一个项来完成。这两种方法都没有使用任何辅助系统，因此表明，对于具有任意参数依赖的哈密顿量的量子信道估计，与辅助系统的纠缠对于达到最佳可能的灵敏度是不必要的。通过在哈密顿量中加入一个算符，我们还可以修改信道量子费舍尔信息的时间标度。我们说明我们的技术与NV中心的磁力和估计的方向的磁场在一个给定的平面上使用一个单一的自旋1作为探针。
2017-03-22 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum metrology with optomechanical systems in the nonlinear regime
本文主要研究非线性腔光机系统的数学描述及其应用。第一部分是关于求解附加含时机械位移和单模压缩项的标准非线性光机哈密顿量的动力学。该解决方案是基于确定一个李代数，产生的系统的时间演化，这减少了考虑一组有限的耦合常微分方程的实函数的问题。第二部分将推广的光机哈密顿量的解应用于非高斯性的研究。我们计算了光机械态的非高斯特性作为哈密顿量中参数的函数，并研究了非高斯性、非线性耦合强度和单模机械压缩项强度之间的相互作用。我们发现非线性耦合的强度和形式对非高斯性有很大的影响，并且它与压缩项的关系是非常复杂的。第三部分涉及使用非线性光学机械系统作为量子传感器。给出了广义光力学哈密顿量，导出了量子费舍尔信息的一般表达式，并通过三个具体的例子证明了它的适用性：非线性光-物质耦合的强度，时间调制的机械位移的强度，以及单模机械压缩参数的强度，所有这些都是在共振时调制的。在论文的最后一章中，我们考虑了用光机系统估计常重力加速度的问题。我们的研究结果表明，光学机械系统原则上可以用作强大的量子传感器。
2020-03-25 quant-ph
Quantum-limited metrology with product states
研究了广义量子精密测量方案中n体系统初积态的性能，该方案涉及到非线性k体（k << n）哈密顿量中未知的耦合常数的估计.我们得到了参数估计的不确定性的理论下界。对于任意的初始状态，下界的尺度为1/n^k，对于初始乘积状态，它的尺度为1/n^（k-1/2）。我们表明，后者的缩放可以实现使用简单的，可分离的测量。我们详细分析的情况下，二次哈密顿量（k = 2），实现与玻色-爱因斯坦凝聚体。基于角动量相干态的演化，我们建立了一个简单的模型，解释了k = 2时的O（n^（-3/2））标度;该模型表明，二次哈密顿量产生的纠缠在增强的灵敏度标度中不起作用。我们证明了相位退相干不影响初始产物态的O（n^（-3/2））灵敏度标度。
2007-10-20 cond-mat.other quant-ph
Quantum-enhanced metrology without entanglement based on optical cavities with feedback
有许多不同的策略可以比标准量子极限更有效地测量两条光路之间的相移。一种方法是使用高度纠缠的光子。另一种方法是将光子暴露于非线性或相互作用的哈密顿量。本文强调开放量子系统的条件动力学为量子增强计量学提供了一个有趣的额外工具。作为一个具体的例子，我们回顾了最近的计划，利用条件动力学的激光驱动的光腔与自发光子发射内的量子反馈回路。从二阶光子相关测量中推断信息既不需要光学非线性，也不需要纠缠光子，因此应该立即引起实际兴趣。
2016-09-08 quant-ph
Generalizable control for multiparameter quantum metrology
在量子精密测量中，可以采用量子控制来改善未知参数估计的精度限制。然而，最优控制通常取决于参数的实际值，因此需要利用这些参数的更新估计来自适应地设计。传统的方法，如梯度上升脉冲工程（GRAPE），需要对遇到的每一组新参数进行优化，使得优化成本高昂，特别是当涉及许多参数时。在这里，我们研究的最优控制，即，最优控制，可以系统地更新在一系列的参数以最小的成本的推广。在控制通道可以完全逆转的情况下，由于参数的变化，在哈密尔顿的移位，我们提供了一种分析方法，有效地生成最优控制的任何参数从初始的最优控制发现无论是GRAPE或强化学习。当控制通道受到限制时，分析方案是无效的，但强化学习仍然保留了一定程度的泛化能力，尽管范围较窄。在哈密尔顿算子的移位不可能分解到可用控制通道的情况下，对于强化学习或分析方案都没有发现可推广性。我们认为，强化学习的推广是通过类似的机制分析方案。我们的研究结果提供了见解，何时以及如何在多参数量子精密测量的最优控制可以推广，从而促进有效实施的多个参数的最优量子估计，特别是对于系统的参数范围的合奏。
2021-04-29 quant-ph
Classical Fisher Information in Quantum Metrology -- Interplay of Probe, Dynamics and Measurement
我们引入了一个积极的埃尔米特算子，费舍尔算子，并用它来检查测量过程中，将酉动力学和完整的测量。我们开发的信息补充的想法，最小化的最佳精度为一个固定的输入。证明了在一般情况下，经典Fisher信息具有Hamilton半范数的上界。这可以通过量子位探针和仅投影测量来实现，并且与估计参数的真实值无关。在干涉测量的背景下，我们表明，一个最佳的测量方案，可以从线性光学和光子计数，没有求助于广义测量或奇异的SU（2）以外的幺正。
2009-02-18 quant-ph
Quantum metrology in a lossless Mach-Zehnder interferometer using entangled photon inputs
本研究针对无损Mach-Zehnder干涉仪的相位估计问题，通过贝叶斯推断优化输入态与测量策略，推导了单次及重复测量下的最优态与标度公式，并经蒙特卡洛模拟验证局部非自适应方法是降低相位不确定度最有效的实用方案。
2023-10-03 quant-ph
Learning feedback control strategies for quantum metrology
我们考虑了在压缩哈密顿量下演化的单玻色场的频率估计问题，并通过零差检测进行连续监测。特别是，我们利用强化学习技术来设计反馈控制策略，以提高估计精度。我们表明，由神经网络确定的反馈控制大大超过在长时间限制的性能的“无控制”的战略和标准的“开环控制”的战略，我们认为是基准。我们确实观察到设计的策略是如何能够通过准备对应于更敏感的量子条件态的大部分轨迹来优化非平凡的估计问题。
2022-04-18 quant-ph
Small correlation is sufficient for optimal noisy quantum metrology
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland, College Park（马里兰大学学院公园分校量子信息与计算科学联合中心）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出一类量子计量资源态，其量子 Fisher 信息在系统规模和噪声率上均最优。通过将量子比特分组并利用时间反转动力学和单量子比特测量设计高效协议，同时展示自旋压缩态在一般条件下也是最优的。
2026-03-26 quant-ph
Critical quantum metrology assisted by real-time feedback control
该研究用贝叶斯推断分析临界量子计量学，证明非自适应策略在有限先验下无法利用临界增强，并提出实时反馈控制的自适应策略可在少次测量和较大先验不确定性下实现亚散粒噪声精度。
2022-11-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maximal Quantum Fisher Information for Mixed States
我们研究了么正动力学的量子精密测量。给出了从任意混合态出发的最优幺正态制备和相应的最优测量精度的解析解。这是一个严格的推广已知的最佳初始状态和测量精度上界的结果，只能饱和，如果纯状态。特别是，我们提供了一个概括的混合状态的测量精度的上限随时间变化的哈密顿量，可以饱和的最佳哈密顿控制。这些结果揭示了混合态在量子精密测量中的全部潜力。
2019-12-27 quant-ph
Quantum Metrology with Coherent Superposition of Two Different Coded Channels
研究了两个不同编码通道相干叠加在量子精密测量中的优越性。在连续变量系统中，我们证明了在没有不定因果序的帮助下，相干叠加可以击败海森堡极限$1/N$。在参数估计中，我们证明了相干叠加策略比量子\textsc{switch}策略有更好的性能，因为量子\textsc{switch}可以产生不确定的因果顺序。分析得到了基于量子费舍尔信息的估计精度的一般形式，并进一步证明了非线性哈密顿量可以提高估计精度，使测量不确定度标度为$m\geq2$的$1/N^m$。我们的研究结果有助于构造一种高精度的测量装置，用于耦合强度的检测、时间膨胀的检验和正则对易关系的修正。
2020-12-03 quant-ph
