Quantum-limited metrology in the presence of collisional dephasing
在明确考虑碰撞退相干的情况下，解析地导出了用于估算两组分玻色-爱因斯坦凝聚体有效散射强度$χ$的相位灵敏度.通过对自旋算符$\hat{J}_{x}$的测量，我们发现最佳灵敏度依赖于初始相干自旋态。对于粒子数$N$和退相速率$1<\!<γ<N^{3/4}$，它在超海森堡极限$\propto 1/N^{3/2}$以下退化一个因子$(2γ)^{1/3}$。通过$\hat{J}_y$测量，我们的分析结果证实，即使在存在退相的情况下，也可以在极限下检测到相$ϕ=χt\sim 0$。
2010-11-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum metrology in coarsened measurement reference
研究了粗化测量参考在量子精密测量中的作用。粗化测量基准来自粗化基准时间和基准。当测量基于一个公共参考基时，可以通过对称性消除这个缺点。由于参考基的粗化，对于大量的探测粒子，纠缠态的性能不能优于乘积态。给定粗化参考基的有限不确定性，在估计阶段获得了最佳探测粒子数量。最后，我们证明了在非马尔可夫退相情况下的最大纠缠态总是比在马尔可夫退相情况下的最大纠缠态具有更好的精度。与纠缠态相比，乘积态更能抵抗粗化参考时间的干扰。
2017-01-18 quant-ph
Experimental beating the standard quantum limit under non-markovian dephasing environment
纠缠增强的量子精密测量已经被研究用来突破标准量子极限（SQL）。然而，在噪声存在的情况下，纠缠态的量子优势变得更加难以捉摸。在严格马尔可夫退相噪声下，非关联态和最大纠缠态达到完全相同的测量精度。然而，有人预测，在非马尔可夫退相信道中，纠缠探针可以恢复其优势。在这里，通过使用一个高度受控的光子系统，我们模拟了一个非马尔可夫退相通道满足二次衰减行为。在这样的通道下，我们证明了GHZ态可以以缩放的方式超过SQL，最多可以达到6个光子。由于二次衰减行为对于开放量子系统中的短时间扩展（也称为量子芝诺效应）是相当普遍的，因此我们的研究结果提出了一种通用的和可扩展的方法来在实际计量任务中击败SQL。
2022-08-04 quant-ph
Quantum metrology with imperfect measurements
测量缺陷对量子精密测量协议的影响迄今为止还没有以系统的方式进行探讨。在这项工作中，我们解决这个问题，首先概括的概念，量子费舍尔信息占噪声检测，并提出了易于处理的方法，允许其近似评估。然后，我们表明，在规范的情况下，涉及$N$探头与本地测量经历读出噪声，最佳灵敏度取决于关键的控制操作，允许抵消测量缺陷-与全球控制操作，理想的灵敏度（例如~ Heisenberg标度）总是可以在渐近$N$极限中恢复，而利用局部控制操作，灵敏度的量子增强被约束为常数因子。我们说明了我们的研究结果与NV中心的磁力测量的一个例子，以及涉及自旋- $1/2$探针与位翻转错误影响他们的两个结果的测量，我们发现输入状态和控制酉操作足以达到最终的渐近精度的计划。
2022-07-07 quant-ph
Quantum Metrology under Coarse-Grained Measurement
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究所）；Sorbonne Université（索邦大学）；Hanbat National University（韩北国立大学）
本文研究了粗粒度量子测量对相位估计精度的影响，通过理论分析和实验验证，发现即使仅用两个bins也能超越标准量子限，实现海森堡标度的精度提升。
2026-01-22 quant-ph
Quantum metrology with imperfect states and detectors
计量精度的量子增强可能会受到系统缺陷的影响。这些可以通过适当地优化输入状态以使其鲁棒来减轻，代价是使状态难以准备。在本文中，我们确定了光学传感器的主要来源：输入状态准备效率低下，传感器损耗，检测器效率低下。其中第二个受到了广泛的关注，我们表明，它是最小的破坏超过标准的量子限制在一个光学干涉传感器。此外，我们表明，可以在实验室中使用可行的资源制备的光子态允许使用光子数分辨检测器的测量策略，不仅在没有损失的情况下达到海森堡相位估计极限，而且在包括损失和效率低下的现实场景中提供接近最大可能的精度。特别是，我们给出了三个来源的不完美，将允许真正的量子增强光学计量之间的权衡界限。
2011-07-02 physics.optics 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
Nonlinear Michelson interferometer for improved quantum metrology
我们研究了通过嵌入在具有克尔非线性的气体中的迈克耳孙干涉仪进行量子探测。这种非线性干涉仪由经典光脉冲照明。这种策略结合了对经典光的实际缺陷的鲁棒性和非线性过程提供的改进。关于最终的量子极限，我们强调，作为与线性方案的区别，非线性引入脉冲持续时间作为一个新的变量，随着能源发挥作用。
2015-08-11 quant-ph
Heisenberg-limited metrology with coherent control on the probes' configuration
量子精密测量的一个中心特征是海森堡标度的可能性，这是对经典统计极限的二次改进。然而，这种缩放对于噪声是出了名的脆弱。虽然对于某些噪声类型，它可以通过误差校正恢复，但对于其他重要类型，如失相，海森堡标度似乎无法挽回地丢失了。在这里，我们表明，这种限制有时可以解除，如果实验者有能力探测物理过程中的相干叠加的替代配置。作为一个具体的例子，我们考虑的问题，相位估计中存在的随机相位踢，这在正常情况下是已知的，以防止海森堡标度。我们提供了一个并行的协议，实现海森堡缩放相对于探针的能量，以及一个顺序的协议，实现海森堡缩放相对于总探测时间。此外，我们还证明，通过将路径叠加与快速控制操作相结合，在存在连续时间失相噪声的情况下，也可以实现海森堡缩放来进行频率估计。
2022-06-07 quant-ph
Quantum Metrology in Non-Markovian Environments
我们分析了一般的，非马尔可夫相位噪声存在下的局部相位估计的精度界限。我们证明了在非马尔可夫情形下，乘积态和最大纠缠态在严格马尔可夫退相下的等价性是不成立的。使用一个物理上现实的有限带宽移相环境的精确可解模型，我们证明了随之而来的非马尔可夫动力学使量子相关态优于基于不相关态使用其他相同资源的策略。我们表明，这一结论是一个直接的结果，系统和环境的整体状态的相干动力学，因此所获得的缩放粒子的数量，这超出了标准的量子极限，但没有达到海森堡分辨率，具有普遍的有效性，超越特定的模型。这与一般马尔可夫噪声下遇到的情况形成鲜明对比，在一般马尔可夫噪声下，任意少量的噪声就足以恢复标准量子极限所规定的缩放。
2012-12-05 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
The elusive Heisenberg limit in quantum enhanced metrology
基于量子信道的几何结构和半定规划，我们提供了用于推导量子增强计量学中可实现精度的界限的有效和直观的工具。我们表明，当考虑到退相干，最大可能的量子增强量一般是一个常数的因素，而不是二次改善。我们应用这些工具来推导模型的退相干相关的应用，包括：退相，去极化，自发发射和光子损失的边界。
2012-07-03 quant-ph
Multi-Colour Quantum Metrology with Entangled Photons
纠缠光子可以用来进行测量，其精度超过经典光的精度。虽然量子精密测量的大多数实现都使用由单色光子组成的状态，但我们表明，通过使用干涉仪内光子对的光子晶体光纤源，两种颜色的纠缠态可以对光相位和路径长度表现出超灵敏度。这种设置相对简单，并且对实验缺陷具有鲁棒性。我们证明了超出标准量子极限的灵敏度，并显示超分辨干涉条纹使用纠缠态的两个，四个和六个光子。
2013-08-12 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
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
Many-body gap protection of motional dephasing of an optical clock transition
针对光场动量引发的多普勒退相限制相干时间的问题，在锶光钟跃迁中利用高精细度光环腔的原子相互作用产生多体能隙，成功抑制了运动退相，为光量子传感器与模拟提供了新方法。
2024-09-24 physics.atom-ph quant-ph
Ensemble based quantum metrology
量子精密测量领域有望提供从根本上优于传统技术的测量设备。具体地说，当利用量子纠缠时，所实现的精度应该随着所使用的资源（例如系统大小和所需的时间）而更有利地扩展。在这里，我们考虑使用自旋系综测量磁场强度，我们确定了第三个基本资源：初始系统极化，即原始状态的低熵。我们发现，性能取决于至关重要的形式的退相干存在的一个合理的退相模型，我们描述了一个量子策略，它确实可以击败标准的量子极限。
2010-07-15 quant-ph
Unconditional violation of the shot noise limit in photonic quantum metrology
干涉相位测量广泛用于精确确定长度、速度和材料特性等量。在没有量子相关的情况下，使用$n$光子可实现的最佳相位灵敏度$Δφ$是散粒噪声极限（SNL），$Δφ=1/\sqrt{n}$。量子增强计量承诺更好的灵敏度，但尽管理论上的建议可以追溯到几十年前，使用光子（即确定的光子数）量子态的测量还没有真正超过SNL。更确切地说，所有这些演示-通过贴现光子损失，探测器效率低下，或其他缺陷-只考虑了所使用的光子的一个子集。在这里，我们使用一个超高效率的光子源和探测器进行无条件的纠缠增强光子干涉。采样的双折射相移，我们证明精度超出SNL没有人为校正我们的结果的损失和缺陷。我们的研究结果使量子增强相位测量在低光子通量和打开大门，下一代光学量子精密测量的进步。
2018-06-22 physics.optics quant-ph
Graph States as a Resource for Quantum Metrology
通过使用高度纠缠态，量子精密测量保证了经典测量无法达到的精度。不幸的是，这样的状态可能非常容易受到噪声的影响，并且在现实条件下保持量子优势是该领域的巨大挑战。在这项研究中，我们调查的实用性图形状态的量子精密测量。图态是许多量子信息的自然资源，在这里，我们描述了任意图态的量子费舍尔信息（QFI）。然后我们构造了近似达到Heisenberg极限的图态族，我们称之为捆绑图态。我们证明了捆绑图状态保持量子优势后，受到iid退相或有限擦除。这表明，这些图形状态是鲁棒量子精密测量的良好资源。我们还量化了可用作量子精密测量资源的n量子位稳定剂状态的数量。
2020-03-02 quant-ph
Entanglement-enhanced quantum metrology in a noisy environment
量子精密测量克服了标准的精度限制，在科学技术中发挥着核心作用。实际上，它容易受到诸如退相干之类的缺陷的影响。在这里，我们证明了量子精密测量的噪声信道，使纠缠与辅助量子比特增强相位估计的量子费舍尔信息，但不是其他。我们的光子实验涵盖了各种类型的信道的噪声范围，包括两个随机交替的信道，使得每个噪声信道的辅助纠缠分别失败。我们已经模拟了噪声信道实现空间复用的双量子光子输入干涉仪。我们已经证明了纠缠辅助协议的优势，在相位估计实验中运行的单探针或多探针的方法。这些结果表明，与附属纠缠是一种有价值的方法，提供量子增强计量。我们的新方法，通过一个简单的线性光学干涉网络与易于准备的光子输入的纠缠辅助量子精密测量提供了一条通往实用的量子精密测量。
2018-01-29 quant-ph
Entangled and sequential quantum protocols with dephasing
交换量子算符的序列可以利用纠缠来并行化。这种转换是在一些最佳量子精密测量协议和最近关于量子线路复杂性的结果之后。我们证明了任意维的退相量子映射也可以并行化。这意味着，对于一般的移相噪声的纠缠协议是不是更脆弱的比相应的顺序协议，相反，顺序协议是不低于纠缠的有效性。我们使用张量网络得出这个结果。此外，我们只使用在匕首紧凑闭范畴中的字符串图中严格有效的转换。因此，他们逐字逐句地应用于其他理论，如几何量子化和拓扑量子场论。这在某种程度上澄清和表征了纠缠在一般量子理论中的作用。
2012-02-15 quant-ph
Quantum metrology in local dissipative environments
量子精密测量利用量子特性使我们能够获得超越经典极限的测量精度。利用量子纠缠将计量精度从标准量子极限（SQL）提高到海森堡极限（HL）。然而，据报道，在长编码时间条件下，HL返回到SQL中存在的局部失相环境。我们在这里评估的确切影响的本地耗散环境的量子精密测量，基于拉姆齐干涉仪。结果表明，对于有限数目的探测原子，在长编码时间条件下，HL是渐近恢复的。我们的分析表明，这主要是由于每个原子与其环境之间形成了束缚态。这为实验提供了一种途径，以在实际条件下通过工程化系统-环境束缚态的形成来实现量子精密测量。
2017-11-20 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
Universal bounds for quantum metrology in the presence of correlated noise
本文为含时间或空间关联的量子计量模型推导了可系统收紧的普适界限，并将其应用于自适应相位估计和碰撞测温，揭示了负关联的益处及纠缠探针优势有限。
2025-08-05 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
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
Bosonic Diffusive Channel: Quantum Metrology via Finite Non-Gaussian Resource
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校）
本研究通过压缩猫态和罗盘态实现退相干率的高精度估计，利用非高斯资源提升量子计量性能。
2026-01-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Diagnosing Imperfections in Quantum Sensors via Generalized Cramér-Rao Bounds
量子精密测量的能力来自于对量子资源的仔细使用，以进行测量。然而，这一优势依赖于精确的数据后处理，根据估计参数的方差进行评估。当采用贝叶斯技术时，更多的元素可用于评估估计的质量。在这里，我们采用广义经典的Cramér-Rao界限来详细研究量子光的相位估计实验。特别是，我们表明，三阶绝对矩可以给一个优越的能力，揭示偏差的估计，相比标准的方法。我们的研究指出了一种替代策略的识别，该策略在监测高精度传感器的正确操作方面可能具有优势。
2020-02-20 quant-ph
Mitigating Detuning-Induced Systematic Errors in Entanglement-Enhanced Metrology
National Defense Academy of Japan（日本防卫大学校）；Chuo University（中央大学）
本文提出了一种复合脉冲协议，用于缓解GHZ态制备中因频率偏移引起的相干系统误差，从而提高量子传感的灵敏度。
2026-03-06 quant-ph
Probabilistic metrology defeats ultimate deterministic bound
量子增强测量利用量子力学效应提供物理变量的超精确估计，用于先进技术，如原子钟的频率校准、引力波检测和生物传感。量子精密测量研究在给定一定量的资源（例如探针系统的数量）和限制（例如有限的交互时间，或应对不可避免的噪声存在）的情况下估计精度的基本限制。在这里，我们表明，即使在存在噪声的情况下，概率测量策略（有一定的失败或放弃的概率）可以提供一个成功的结果，估计精度，违反了确定性的界限。这建立了新的最终量子精密测量极限。对于探针系统的本地移相，我们量化这样的精度限制作为一个功能的故障的概率，可以容忍。我们表明，弃权的可能性可以大大降低噪音的不利影响。
2014-07-25 quant-ph
Quantum metrology including state preparation and readout times
越来越多的人相信，未来十年将出现基于量子物理定律的传感设备，这些设备的性能将超过我们目前的一些传感设备。例如，在频率估计中，与在可分离状态下制备的探针相比，使用在纠缠状态下制备的探针原则上可以导致精度增益。即使在存在某些形式的退相干的情况下，已经表明，精度增益可以随着探针粒子$N$的数量而增加。然而，通常情况下，纠缠态和可分离态的制备和读出时间被假定为可以忽略不计。我们发现，只有当纠缠态的制备和读出时间低于一定的阈值时，处于最大纠缠态（GHZ）的探测器才能比可分离态具有优势。当探针系统遭受失相时，该阈值比隔离探针的阈值低得多（并且更难以达到）。此外，我们发现，在现实的情况下，最大纠缠探针提供了一个精确的优势，只有一些有限数量的探针粒子$N_\text{cutoff}$，这是较低的退相探针比它是一个孤立的探针。
2016-11-16 quant-ph
Multiparameter quantum estimation under dephasing noise
在量子精密测量中，多个参量的同时量子估计已成为一个重要的问题。虽然在无噪声环境中多参数量子估计的最终灵敏度可以超过每个经典传感器所受的标准量子限制，但尚不清楚量子传感器在现实噪声下是否优于经典传感器。在这项工作中，我们提出了一个框架的同时估计的多个参数与量子传感器在一定的噪声环境。我们要估计的多个参数是外部磁场的三个分量，并且我们考虑仅引起失相的噪声。我们证明了在噪声环境中存在一个最佳的感知时间，并且当噪声环境为非马尔可夫时，灵敏度可以超过标准量子极限。
2020-04-01 quant-ph
Protected state enhanced quantum metrology with interacting two-level ensembles
Ramsey干涉测量法通常用于量子精密测量中，用于光学时钟频率的最灵敏测量。电磁真空的自发衰减最终限制了询问时间，从而设定了最佳频率灵敏度的下限。在二能级系统的密集系综中，集体效应的存在，如超辐射和偶极-偶极相互作用，往往会进一步降低灵敏度。我们表明，通过重新设计的拉姆齐脉冲序列，包括不同的旋转的个人自旋，有效地折叠集体状态到一个国家接近中心的布洛赫球，部分保护集体退相干和退相是可能的。这使得显着改善的灵敏度限制的时钟跃迁检测方案在传统的拉姆齐方法的相互作用系统，甚至非相互作用的衰变原子。
2013-07-09 quant-ph
Probabilistic metrology or how some measurement outcomes render ultra-precise estimates
我们在理论上表明，即使在存在噪声的情况下，概率测量策略（具有一定的失败或放弃的概率）可以提供，在一个成功的结果，估计精度超过了确定性的平均精度的界限。这建立了特定测量结果（或结果序列）的相位估计精度的新的最终界限。对于探针系统的本地移相，我们量化这样的精度限制作为一个功能的故障的概率，可以容忍。我们的研究结果表明，弃权的可能性可以抵消噪音的不利影响。
2016-10-26 quant-ph
Quantum metrology with generalized cat states
我们展示了在量子精密测量中宏观上不同的态的叠加和灵敏度之间的一般关系。广义猫态是通过使用一个索引，提取宏观不同的状态之间的相干性，和各种各样的状态，包括一个经典的混合指数大量的状态，已被确定为广义猫态与此标准。我们发现，如果我们使用的广义猫态的磁场传感无噪声，我们实现了海森堡有限的灵敏度。此外，我们还证明了广义猫态的灵敏度在退相效应下达到了超越标准量子极限的极限标度灵敏度。作为一个例子，我们调查的灵敏度的广义猫状态，是通过一个单一的全球操作上的热平衡状态，并找到一个改进的几个数量级，从以前的传感器。澄清一个广泛的类，包括这样一个奇特的状态计量有用的，我们的研究结果显着拓宽了量子精密测量的潜力。
2019-09-15 quant-ph
Quantum metrology with a squeezed Kerr oscillator
本文研究 Kerr 非线性振荡器的压缩动力学，提出在正交测量前加入非线性演化的 MAI 协议，以高量子 Fisher 信息实现位移传感灵敏度的显著增强。
2024-06-17 quant-ph
Fluctuation-enhanced quantum metrology
量子技术实用化的主要障碍是噪声，噪声会引起量子退相干，破坏量子技术潜在的量子优势。场的涨落引起系统的退相，是最常见的噪声之一，被广泛认为对量子技术有害。在这里，我们表明，与传统的信念相反，波动可以用来提高精度限制在量子精密测量的各种参数的估计。具体来说，我们表明，对于一个领域的方向和旋转频率的估计，在波动的存在下实现的精度甚至可以超过下的酉动力学已被广泛认为是最终的限制下实现的最高精度。我们提供了明确的协议，它采用自适应量子纠错，以实现更高的精度限制与起伏的领域。我们的研究为研究噪声在量子精密测量中的作用提供了一个全新的视角。它还为超越极限的更高精度打开了大门。
2020-03-29 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
Qubit Quantum Metrology with Limited Measurement Resources
量子资源，如纠缠，可以降低参数估计过程的不确定性，超出经典可能的范围。这种现象是很好地描述了无噪声系统与渐近许多测量资源的量子Cramer-Rao界，但没有一般的描述存在的制度有限的测量资源。我们解决这个问题，通过定义一个贝叶斯量词的不确定性，适合有限资源的制度，并通过开发一个数学描述的参数估计过程，使用量子位探针，以估计它们引起的旋转角度。我们模拟的量子比特估计方案在有限的资源使用一个单一的类的探测状态的政权。我们发现，在无噪声系统中，量子比特之间的纠缠总是降低估计的不确定性，然而，量子优势减少的估计中使用较少的量子比特。我们还发现，强退相噪声的存在完全消除了量子优势，无论使用的量子位探针的数量。
2021-08-05 quant-ph
Beating the Shot-Noise Limit with Sources of Partially-Distinguishable Photons
量子精密测量承诺的高精度测量超出了任何经典技术的能力，并有可能成为不可分割的调查技术。然而，所有的传感器必须容忍的缺陷，如果他们是实用的。在这里，我们表明，光子完全重叠的模式，因此完全无法区分，不需要量子增强测量，部分可区分的光子不需要进行工程设计，以减轻可重复性的不利影响。我们量化的可分辨性对量子精密测量实验的影响，并报告实验结果，以验证包含部分可分辨光子的两光子和四光子状态可以实现量子增强的灵敏度与低可见度量子干涉。这表明产生具有混合光谱状态的光子的源可以容易地用于量子精密测量。
2016-12-30 quant-ph
Quantum metrology based on strongly correlated matter
提出并分析了一种基于量子物质稳定非平衡态的量子精密测量新方法。我们的方法利用了由强相互作用和周期性驱动稳定的量子关联。作为一个例子，我们提出了一个明确的协议，执行Floquet增强测量的振荡磁场伊辛相互作用的自旋系统。我们的协议允许一个规避与高密度自旋系综的相互作用引起的退相干，是强大的噪声和缺陷的存在。纳米磁传感和精密测量的应用进行了讨论。
2017-12-29 cond-mat.other cond-mat.str-el physics.atom-ph
Quantum remote sensing under the effect of dephasing
量子遥感（QRS）是一种增加基于量子位的传感器测量结果安全性的方案。客户端将测量任务委托给具有量子传感器的远程服务器，窃听者（Eve）窃取存储在服务器端的所有经典信息。通过使用量子特性，QRS提供了关于信息增益的不对称性，其中客户端比Eve获得更多关于感测结果的信息。然而，量子态对于退相干是脆弱的，因此不清楚这样的QRS在现实噪声的影响下是否实际有用。在这里，我们调查的QRS波的性能与失相在与目标领域的相互作用。在QRS中，客户端和服务器需要共享Bell对，并且Bell对的缺陷导致在服务器侧以系统的方式用于感测的状态准备错误。我们考虑失相和状态准备误差的影响。对于小的$M$，客户端侧的不确定性随着重复次数$M$的平方根而减小，这与标准量子精密测量是相同的缩放。另一方面，对于大的$M$，状态准备误差变得与失相一样相关，并且不确定性随着$M$而几何地减小。我们比较了客户端和Eve之间的信息增益。这使我们得到的条件下，即使在失相的影响下，保持不对称的增益。
2020-07-31 quant-ph
Compatibility in Multiparameter Quantum Metrology
在量子模型中同时估计多个参数是复杂的因素，涉及（i）存在一个单一的探针状态，允许所有感兴趣的参数的最佳灵敏度，（ii）存在一个单一的测量，最佳地提取信息的探针状态的所有参数，和（iii）统计独立的估计参数。我们考虑的情况下，当这些问题目前没有障碍，并为每个估计参数的方差在多参数方案中获得的是等于该参数单独的最佳方案，假设所有其他参数是完全已知的。我们称之为兼容模型。在建立一个严格的理论框架，调查兼容性，我们澄清了一些模糊性和不一致的文献中，并讨论了几个例子，突出有趣的功能，酉和非酉参数估计，以及推导出新的界限感兴趣的物理问题，如相位和局部退相的同时估计。
2019-01-30 quant-ph
Qubit-assisted quantum metrology under a time-reversal strategy
本文提出一种时间反演策略下由辅助量子比特辅助的量子计量协议，使QFI由相位生成元平方期望值决定，无需纠缠或压缩资源即可逼近海森堡标度，且对初态误差、参数偏差和退相干具有鲁棒性。
2025-01-03 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
Two-photon interference from a quantum dot--microcavity: Persistent pure-dephasing and suppression of time-jitter
我们展示了在腔量子电动力学范围内工作的准共振泵浦耦合量子点微腔系统发射高度不可区分的光子。改变样品温度使我们能够改变量子点-腔失谐，并且在光谱共振上，我们观察到Hong-Ou-Mandel干涉可见度的三倍改善，达到超过80%的值。我们的非共振测量使我们能够研究不同的Purcell增强，并在不同的温度和能量尺度下探测失相环境。通过与我们的微观模型相比，我们能够识别纯失相，而不是时间抖动作为我们系统中不完美的主要来源。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Weakly invasive metrology: quantum advantage and physical implementations
我们考虑一组高光敏性样品的哈密顿参数的估计，这些样品在几个光子$N_{\rm abs}$被吸收后被损坏，总时间为$T$。样品被建模为一个双模式光子系统，其中光子同时获取未知参数的信息，并以固定的速率被吸收。我们发现，任意强度的相干态可以获得信息的速率，规模最多与$N_{\rm abs}$和$T$的线性，而有限强度的量子态可以克服这个限制。我们将量子优势作为$N_{\rm abs}$和$T$的函数，以及它对缺陷的鲁棒性（非理想检测器，量子光子态的有限制备和测量速率）。我们讨论了在腔QED中的实现，其中Fock态的制备和测量都通过耦合原子系综的腔。我们表明，超辐射，由于腔和原子之间的集体耦合而产生的，可以用来提高测量的速度和效率。
2021-04-23 quant-ph
Ancilla-free quantum error correction codes for quantum metrology
量子纠错是最近出现的一种在马尔可夫噪声下增强量子传感的工具。它的工作原理是纠正传感器中的错误，同时让信号在逻辑状态上留下印记。这种方法通常需要专门的纠错码，因为大多数现有的代码都可以纠正主要错误和信号。然而，到目前为止，很少有这样的专门代码是已知的，其中大多数需要无噪声，可控的Ancillas。我们在这里表明，这样的附属物是不需要时，信号的哈密顿量和错误的运营商交换;一个常见的限制类型的量子传感器的退相干。我们给出了一个半定的程序来寻找最佳的无辅助传感代码一般，以及两个常见的传感场景的封闭形式的代码：量子比特进行退相，和一个有损玻色子模式。最后，我们分析了量子比特码在任意空间噪声相关性下提供的灵敏度增强，超出了正交信号和噪声算子的理想极限。
2018-11-04 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
Improving the Precision of Optical Metrology by Detecting Fewer Photons
在用于测量物理量的光学测量协议中，增加光子数原则上总是有利于提高测量精度。然而，实际的约束防止由于实际检测器的缺陷而任意增加n，特别是当检测器响应由饱和效应主导时。在这项工作中，我们表明，一个修改后的弱测量协议，即偏置弱测量显着提高了精度的光学计量饱和效应的存在。这种方法检测到一个超小部分的光子，同时保持相当数量的光子信息。偏置的预耦合导致后选择中光子的额外减少，并在光谱分布中产生消光点，该消光点对估计的参数极其敏感并且难以饱和。因此，Fisher信息可以通过增加光子数来持续增强。在我们的磁传感实验中，偏置弱测量的精度比以前使用的方法高出约一个数量级。所提出的方法可以应用于各种光学测量方案，以规避探测器饱和效应与低成本的设备。
2021-03-23 quant-ph
Dephasing of Majorana qubits due to quasistatic disorder
基于马约拉纳零模式的量子比特预期对某些噪声类型是鲁棒的，并且因此提供优于常规量子比特的量子计算平台。然而，这种鲁棒性并不完全：不完美仍然会导致量子位退相干，从而导致信息丢失。在这篇工作中，我们在一个极小模型中理论上研究了Majorana量子比特的退相：在具有准静态无序的Kitaev链中。我们的方法，基于数值以及一阶非退化微扰理论，提供了一个概念上简单的物理图片和预测高斯退相。我们表明，作为系统参数的变化，由于无序的失相率振荡的相位相对于振荡的干净系统的Majorana分裂。在我们的模型中，如果无序不相关，则不存在一阶失相最佳点。我们描述了不相关和高度相关的障碍之间的交叉，并表明，移相测量可以用来表征的无序相关长度。我们希望我们的研究结果将用于设计和解释未来的马约拉纳量子比特实验。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooperation between coherent control and noises in quantum metrology
本文研究开放自旋系统中相干控制与噪声的合作，提出在单自旋与多自旋系统中利用该合作方案提升量子计量精度，证明其能超越幺正动力学极限并实现非局域参数化。
2023-11-21 quant-ph
Estimation of gradients in quantum metrology
我们发展了一个在量子精密测量中估计磁场梯度的一般理论。我们考虑一个$N$粒子系统分布在一条线上，其内部自由度与磁场相互作用。通常，梯度估计基于在两个不同位置处对磁场的精确测量，用两个独立的粒子组执行。然而，这种方法对确定粒子能级分裂的偏移场的波动敏感，并导致集体退相。在这项工作中，我们使用的量子精密测量的框架来评估梯度估计的最大精度。对于任意位置的粒子，我们确定最佳的纠缠和可分离的状态，允许梯度的估计具有最大的精度，量化的量子费舍尔信息。我们还分析了从消相干自由子空间（DFS），这是不敏感的磁偏移场的波动状态的性能。我们发现，这些国家允许直接测量梯度，而无需估计的磁偏移场的必要性。此外，我们还证明了DFS态的梯度估计精度可以与最优纠缠态相媲美。最后，对于上述几类状态，我们发现简单可行的测量饱和量子克拉美-拉奥界限。
2017-10-26 quant-ph
Quantum metrology with full and fast quantum control
我们建立了一般的限制如何精确的参数，例如频率或强度的磁场，可以估计的帮助下，充分和快速的量子控制。我们考虑了N个量子比特的不相关噪声演化，并表明快速控制可以完全恢复海森堡标度（~1/N^2），除了失相。对于所有其他类型的噪声的渐近量子增强是不可避免地限制到一个常数因子的改善超过标准的量子限制（~1/N），即使允许快速控制的全部功率。后者在单次发射和无限多次重复的情况下都成立。然而，即使在这种情况下，允许快速量子控制也有助于增加改进因子。此外，对于有限资源的频率估计，我们展示了如何利用任何固定数量的纠缠量子比特但没有快速量子控制的并行方案可以优于一个简单的，易于实现的，顺序的方案，只需要一个感测和一个辅助量子比特之间的纠缠。
2017-09-05 quant-ph
