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量子物理

arXiv:2507.13245 (quant-ph)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 玻色子计量学的资源:从超选择规则视角看量子增强的精度

标题: Resources for bosonic metrology: quantum-enhanced precision from a superselection rule perspective

Authors:Astghik Saharyan, Eloi Descamps, Arne Keller, Pérola Milman
摘要: 量子光学和原子系统是利用量子增强精度进行参数估计的重要平台。 然而,不仅量子光学和原子系统通常被分别处理,而且在量子光学内部,确定最优探针(量子态)和演化(参数依赖的动力学)通常依赖于逐个案例的分析。 模式,有时仅粒子纠缠,可以在连续变量和离散变量领域中产生精度的量子增强,但这些领域之间的明确联系仍然不清晰。 在本工作中,我们提出了一种统一的量子计量框架,该框架使用玻色子资源涵盖了所有已知的精度增强领域。 我们引入了一个符合超选择规则的电磁场表示,该表示显式地包含了相位参考,强制总粒子数守恒。 这种方法提供了一种与原子系统中使用的电磁场描述形式等价的描述,并且我们展示了它如何涵盖量子光学的离散和连续极限。 在此框架内,我们一致地恢复了已建立的结果,同时提供了对导致精度增强的量子资源的连贯物理解释。 此外,我们开发了使用任意多模纠缠探针态优化精度的一般策略。 最后,我们的形式主义能够轻松容纳噪声、测量策略和非幺正演化,扩展了其在现实实验场景中的适用性。
摘要: Quantum optics and atomic systems are prominent platforms for exploiting quantum-enhanced precision in parameter estimation. However, not only are quantum optical and atomic systems often treated separately, but even within quantum optics, identifying optimal probes (quantum states) and evolutions (parameter-dependent dynamics) typically relies on case-by-case analyses. Mode, and sometimes only particle entanglement, can yield quantum enhancement of precision in continuous- and discrete-variable regimes, yet a clear connection between these regimes remains elusive. In this work, we present a unified framework for quantum metrology that encompasses all known precision-enhancing regimes using bosonic resources. We introduce a superselection rule compliant representation of the electromagnetic field that explicitly incorporates the phase reference, enforcing total particle number conservation. This approach provides a description of the electromagnetic field which is formally equivalent to the one employed in atomic systems, and we show how it encompasses both the discrete and the continuous limits of quantum optics. Within this framework, we consistently recover established results while offering a coherent physical interpretation of the quantum resources responsible for precision enhancement. Moreover, we develop general strategies to optimize precision using arbitrary multimode entangled probe states. Finally, our formalism readily accommodates noise, measurement strategies and non-unitary evolutions, extending its applicability to realistic experimental scenarios.
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2507.13245 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2507.13245v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13245
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Pérola Milman [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 15:54:34 UTC (115 KB)
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