www.wikidata.uk-ua.nina.az

Квантова метрологія це дослідження проведення вимірювань фізичних параметрів з високою роздільною здатністю та високою ч

Квантова метрологія

Квантова метрологія - це дослідження проведення вимірювань фізичних параметрів з високою роздільною здатністю та високою чутливістю за допомогою квантової теорії для опису фізичних систем, особливо експлуатуючи квантове заплутування та квантове стиснення. Ця галузь обіцяє розробити методи вимірювання, що забезпечують кращу точність, ніж ті самі вимірювання, що виконуються в класичних рамках. Разом із квантовим тестуванням гіпотез, вона представляє важливу теоретичну модель в основі квантового зондування.

Математичні основи ред.

Основним завданням квантової метрології є оцінка параметра унітарної динаміки

де - початковий стан системи, а - гамільтоніан системи. оцінюється на основі вимірювань на

Як правило, система складається з багатьох частинок, а гамільтоніан є сумою одночастинкових членів

де діє на k-ту частинку. У цьому випадку між частинками немає взаємодії, і ми говоримо про лінійні інтерферометри.

Досяжна точність знизу обмежена квантовою межею Крамера-Рао[en] як

де - це квантова інформація Фішера[en].

Приклади ред.

Одним із прикладів примітки є використання стан NOON в інтерферометрі Маха – Цендера для виконання точних вимірювань фаз. Подібний ефект може бути отриманий за допомогою менш екзотичних станів, таких як стиснені стани. В атомних ансамблях стиснення спінів[en] може використовуватися вимірювання фаз.

Застосування ред.

Важливим застосуванням, яке слід особливо відзначити, є виявлення гравітаційних хвиль в таких проектах, як LIGO або Virgo, де необхідно проводити високоточні вимірювання відносної відстані між двома відокремленими масами. Однак вимірювання, описані квантовою метрологією, в даний час не використовуються в цій обстановці, тому що їх важко здійснити. Крім того, існують інші джерела шуму, що впливають на виявлення гравітаційних хвиль, які спочатку необхідно подолати. Тим не менше, плани можуть передбачати використання квантової метрології в LIGO.

Масштабування та вплив шуму ред.

Центральним питанням квантової метрології є те, як точність, тобто дисперсія оцінки параметрів, масштабується з числом частинок. Класичні інтерферометри не можуть подолати межу шуму

де кількість частинок. Квантова метрологія може досягти межі Гейзенберга, заданої

Однак, якщо присутній некорельований локальний шум, то для великих кількостей частинок масштабування точності повертається до масштабування дробового шуму

Відношення до квантової інформатики ред.

Між квантовою метрологією та квантовою інформатикою існують тісні зв’язки. Було показано, що квантове заплутування необхідне, щоб перевершити класичну інтерферометрію в магнітометрії з повністю поляризованим ансамблем спінів. Доведено, що подібне співвідношення в загальному випадку справедливо для будь-якого лінійного інтерферометра, незалежно від деталей схеми. Більше того, для досягнення кращої та кращої точності в оцінці параметрів необхідні вищі та вищі рівні багаточастинкового переплутування.

Примітки ред.

  1. ↑ Braunstein, Samuel L.; Caves, Carlton M. (30 травня 1994). Statistical distance and the geometry of quantum states. Physical Review Letters (American Physical Society (APS)) 72 (22): 3439–3443. Bibcode:1994PhRvL..72.3439B. ISSN 0031-9007. PMID 10056200. doi:10.1103/physrevlett.72.3439. 
  2. Paris, Matteo G. A. (21 листопада 2011). Quantum Estimation for Quantum Technology. International Journal of Quantum Information 07 (supp01): 125–137. arXiv:0804.2981. doi:10.1142/S0219749909004839. 
  3. Giovannetti, Vittorio; Lloyd, Seth; Maccone, Lorenzo (31 березня 2011). Advances in quantum metrology. Nature Photonics 5 (4): 222–229. Bibcode:2011NaPho...5..222G. arXiv:1102.2318. doi:10.1038/nphoton.2011.35. 
  4. Tóth, Géza; Apellaniz, Iagoba (24 жовтня 2014). Quantum metrology from a quantum information science perspective. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47 (42): 424006. Bibcode:2014JPhA...47P4006T. arXiv:1405.4878. doi:10.1088/1751-8113/47/42/424006. 
  5. Pezzè, Luca; Smerzi, Augusto; Oberthaler, Markus K.; Schmied, Roman; Treutlein, Philipp (5 вересня 2018). Quantum metrology with nonclassical states of atomic ensembles. Reviews of Modern Physics 90 (3): 035005. Bibcode:2018RvMP...90c5005P. arXiv:1609.01609. doi:10.1103/RevModPhys.90.035005. 
  6. Braun, Daniel; Adesso, Gerardo; Benatti, Fabio; Floreanini, Roberto; Marzolino, Ugo; Mitchell, Morgan W.; Pirandola, Stefano (5 вересня 2018). Quantum-enhanced measurements without entanglement. Reviews of Modern Physics 90 (3): 035006. Bibcode:2018RvMP...90c5006B. arXiv:1701.05152. doi:10.1103/RevModPhys.90.035006. 
  7. Helstrom, C (1976). Quantum detection and estimation theory. Academic Press. ISBN 0123400503. 
  8. Holevo, Alexander S (1982). Probabilistic and statistical aspects of quantum theory (вид. [2nd English.]). Scuola Normale Superiore. ISBN 978-88-7642-378-9. 
  9. Pirandola, S; Bardhan, B. R.; Gehring, T.; Weedbrook, C.; Lloyd, S. (2018). Advances in photonic quantum sensing. Nature Photonics 12 (12): 724–733. Bibcode:2018NaPho..12..724P. arXiv:1811.01969. doi:10.1038/s41566-018-0301-6. 
  10. Kapale, Kishor T.; Didomenico, Leo D.; Kok, Pieter; Dowling, Jonathan P. (18 липня 2005). . The Old and New Concepts of Physics 2 (3-4): 225–240. Архів оригіналу за 7 Лютого 2021. Процитовано 30 Березня 2021. 
  11. Braunstein, Samuel L.; Caves, Carlton M.; Milburn, G.J. (April 1996). Generalized Uncertainty Relations: Theory, Examples, and Lorentz Invariance. Annals of Physics 247 (1): 135–173. Bibcode:1996AnPhy.247..135B. arXiv:quant-ph/9507004. doi:10.1006/aphy.1996.0040. 
  12. Kok, Pieter; Braunstein, Samuel L; Dowling, Jonathan P (28 липня 2004). . Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics (IOP Publishing) 6 (8): S811–S815. Bibcode:2004JOptB...6S.811K. ISSN 1464-4266. arXiv:quant-ph/0402083. doi:10.1088/1464-4266/6/8/029. Архів оригіналу за 25 Червня 2009. Процитовано 30 Березня 2021. 
  13. Kimble, H. J.; Levin, Yuri; Matsko, Andrey B.; Thorne, Kip S.; Vyatchanin, Sergey P. (26 грудня 2001). . Physical Review D (American Physical Society (APS)) 65 (2): 022002. Bibcode:2002PhRvD..65b2002K. ISSN 0556-2821. arXiv:gr-qc/0008026. doi:10.1103/physrevd.65.022002. Архів оригіналу за 2 Грудня 2020. Процитовано 30 Березня 2021.  {{cite journal}}: Проігноровано невідомий параметр |hdl= (довідка)
  14. Demkowicz-Dobrzański, Rafał; Kołodyński, Jan; Guţă, Mădălin (18 вересня 2012). The elusive Heisenberg limit in quantum-enhanced metrology. Nature Communications 3: 1063. Bibcode:2012NatCo...3.1063D. PMC 3658100. PMID 22990859. arXiv:1201.3940. doi:10.1038/ncomms2067. 
  15. Escher, B. M.; Filho, R. L. de Matos; Davidovich, L. (May 2011). General framework for estimating the ultimate precision limit in noisy quantum-enhanced metrology. Nature Physics 7 (5): 406–411. Bibcode:2011NatPh...7..406E. ISSN 1745-2481. arXiv:1201.1693. doi:10.1038/nphys1958. 
  16. Sørensen, Anders S. (2001). Entanglement and Extreme Spin Squeezing. Physical Review Letters 86 (20): 4431–4434. Bibcode:2001PhRvL..86.4431S. PMID 11384252. arXiv:quant-ph/0011035. doi:10.1103/physrevlett.86.4431. 
  17. Pezzé, Luca (2009). Entanglement, Nonlinear Dynamics, and the Heisenberg Limit. Physical Review Letters 102 (10): 100401. Bibcode:2009PhRvL.102j0401P. PMID 19392092. arXiv:0711.4840. doi:10.1103/physrevlett.102.100401. 
  18. Hyllus, Philipp (2012). Fisher information and multiparticle entanglement. Physical Review A 85 (2): 022321. Bibcode:2012PhRvA..85b2321H. arXiv:1006.4366. doi:10.1103/physreva.85.022321. 
  19. Tóth, Géza (2012). Multipartite entanglement and high-precision metrology. Physical Review A 85 (2): 022322. Bibcode:2012PhRvA..85b2322T. arXiv:1006.4368. doi:10.1103/physreva.85.022322. 
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Kvantova metrologiya ce doslidzhennya provedennya vimiryuvan fizichnih parametriv z visokoyu rozdilnoyu zdatnistyu ta visokoyu chutlivistyu za dopomogoyu kvantovoyi teoriyi dlya opisu fizichnih sistem 1 2 3 4 5 6 osoblivo ekspluatuyuchi kvantove zaplutuvannya ta kvantove stisnennya Cya galuz obicyaye rozrobiti metodi vimiryuvannya sho zabezpechuyut krashu tochnist nizh ti sami vimiryuvannya sho vikonuyutsya v klasichnih ramkah Razom iz kvantovim testuvannyam gipotez 7 8 vona predstavlyaye vazhlivu teoretichnu model v osnovi kvantovogo zonduvannya 9 10 Zmist 1 Matematichni osnovi 2 Prikladi 3 Zastosuvannya 4 Masshtabuvannya ta vpliv shumu 5 Vidnoshennya do kvantovoyi informatiki 6 PrimitkiMatematichni osnovi red Osnovnim zavdannyam kvantovoyi metrologiyi ye ocinka parametra 8 displaystyle theta nbsp unitarnoyi dinamikiϱ 8 exp i H 8 ϱ 0 exp i H 8 displaystyle varrho theta exp iH theta varrho 0 exp iH theta nbsp de ϱ 0 displaystyle varrho 0 nbsp pochatkovij stan sistemi a H displaystyle H nbsp gamiltonian sistemi 8 displaystyle theta nbsp ocinyuyetsya na osnovi vimiryuvan na ϱ 8 displaystyle varrho theta nbsp Yak pravilo sistema skladayetsya z bagatoh chastinok a gamiltonian ye sumoyu odnochastinkovih chlenivH k H k displaystyle H sum k H k nbsp de H k displaystyle H k nbsp diye na k tu chastinku U comu vipadku mizh chastinkami nemaye vzayemodiyi i mi govorimo pro linijni interferometri Dosyazhna tochnist znizu obmezhena kvantovoyu mezheyu Kramera Rao en yak D 8 2 1 F Q ϱ H displaystyle Delta theta 2 geq frac 1 F rm Q varrho H nbsp de F Q ϱ H displaystyle F rm Q varrho H nbsp ce kvantova informaciya Fishera en 1 11 Prikladi red Odnim iz prikladiv primitki ye vikoristannya stan NOON v interferometri Maha Cendera dlya vikonannya tochnih vimiryuvan faz 12 Podibnij efekt mozhe buti otrimanij za dopomogoyu mensh ekzotichnih staniv takih yak stisneni stani V atomnih ansamblyah stisnennya spiniv en mozhe vikoristovuvatisya vimiryuvannya faz Zastosuvannya red Vazhlivim zastosuvannyam yake slid osoblivo vidznachiti ye viyavlennya gravitacijnih hvil v takih proektah yak LIGO abo Virgo de neobhidno provoditi visokotochni vimiryuvannya vidnosnoyi vidstani mizh dvoma vidokremlenimi masami Odnak vimiryuvannya opisani kvantovoyu metrologiyeyu v danij chas ne vikoristovuyutsya v cij obstanovci tomu sho yih vazhko zdijsniti Krim togo isnuyut inshi dzherela shumu sho vplivayut na viyavlennya gravitacijnih hvil yaki spochatku neobhidno podolati Tim ne menshe plani mozhut peredbachati vikoristannya kvantovoyi metrologiyi v LIGO 13 Masshtabuvannya ta vpliv shumu red Centralnim pitannyam kvantovoyi metrologiyi ye te yak tochnist tobto dispersiya ocinki parametriv masshtabuyetsya z chislom chastinok Klasichni interferometri ne mozhut podolati mezhu shumu D 8 2 1 N displaystyle Delta theta 2 geq tfrac 1 N nbsp de N displaystyle N nbsp kilkist chastinok Kvantova metrologiya mozhe dosyagti mezhi Gejzenberga zadanoyi D 8 2 1 N 2 displaystyle Delta theta 2 geq tfrac 1 N 2 nbsp Odnak yaksho prisutnij nekorelovanij lokalnij shum to dlya velikih kilkostej chastinok masshtabuvannya tochnosti povertayetsya do masshtabuvannya drobovogo shumu D 8 2 1 N displaystyle Delta theta 2 sim tfrac 1 N nbsp 14 15 Vidnoshennya do kvantovoyi informatiki red Mizh kvantovoyu metrologiyeyu ta kvantovoyu informatikoyu isnuyut tisni zv yazki Bulo pokazano sho kvantove zaplutuvannya neobhidne shob perevershiti klasichnu interferometriyu v magnitometriyi z povnistyu polyarizovanim ansamblem spiniv 16 Dovedeno sho podibne spivvidnoshennya v zagalnomu vipadku spravedlivo dlya bud yakogo linijnogo interferometra nezalezhno vid detalej shemi 17 Bilshe togo dlya dosyagnennya krashoyi ta krashoyi tochnosti v ocinci parametriv neobhidni vishi ta vishi rivni bagatochastinkovogo pereplutuvannya 18 19 Primitki red a b Braunstein Samuel L Caves Carlton M 30 travnya 1994 Statistical distance and the geometry of quantum states Physical Review Letters American Physical Society APS 72 22 3439 3443 Bibcode 1994PhRvL 72 3439B ISSN 0031 9007 PMID 10056200 doi 10 1103 physrevlett 72 3439 Paris Matteo G A 21 listopada 2011 Quantum Estimation for Quantum Technology International Journal of Quantum Information 07 supp01 125 137 arXiv 0804 2981 doi 10 1142 S0219749909004839 Giovannetti Vittorio Lloyd Seth Maccone Lorenzo 31 bereznya 2011 Advances in quantum metrology Nature Photonics 5 4 222 229 Bibcode 2011NaPho 5 222G arXiv 1102 2318 doi 10 1038 nphoton 2011 35 Toth Geza Apellaniz Iagoba 24 zhovtnya 2014 Quantum metrology from a quantum information science perspective Journal of Physics A Mathematical and Theoretical 47 42 424006 Bibcode 2014JPhA 47P4006T arXiv 1405 4878 doi 10 1088 1751 8113 47 42 424006 Pezze Luca Smerzi Augusto Oberthaler Markus K Schmied Roman Treutlein Philipp 5 veresnya 2018 Quantum metrology with nonclassical states of atomic ensembles Reviews of Modern Physics 90 3 035005 Bibcode 2018RvMP 90c5005P arXiv 1609 01609 doi 10 1103 RevModPhys 90 035005 Braun Daniel Adesso Gerardo Benatti Fabio Floreanini Roberto Marzolino Ugo Mitchell Morgan W Pirandola Stefano 5 veresnya 2018 Quantum enhanced measurements without entanglement Reviews of Modern Physics 90 3 035006 Bibcode 2018RvMP 90c5006B arXiv 1701 05152 doi 10 1103 RevModPhys 90 035006 Helstrom C 1976 Quantum detection and estimation theory Academic Press ISBN 0123400503 Holevo Alexander S 1982 Probabilistic and statistical aspects of quantum theory vid 2nd English Scuola Normale Superiore ISBN 978 88 7642 378 9 Pirandola S Bardhan B R Gehring T Weedbrook C Lloyd S 2018 Advances in photonic quantum sensing Nature Photonics 12 12 724 733 Bibcode 2018NaPho 12 724P arXiv 1811 01969 doi 10 1038 s41566 018 0301 6 Kapale Kishor T Didomenico Leo D Kok Pieter Dowling Jonathan P 18 lipnya 2005 Quantum Interferometric Sensors The Old and New Concepts of Physics 2 3 4 225 240 Arhiv originalu za 7 Lyutogo 2021 Procitovano 30 Bereznya 2021 Braunstein Samuel L Caves Carlton M Milburn G J April 1996 Generalized Uncertainty Relations Theory Examples and Lorentz Invariance Annals of Physics 247 1 135 173 Bibcode 1996AnPhy 247 135B arXiv quant ph 9507004 doi 10 1006 aphy 1996 0040 Kok Pieter Braunstein Samuel L Dowling Jonathan P 28 lipnya 2004 Quantum lithography entanglement and Heisenberg limited parameter estimation Journal of Optics B Quantum and Semiclassical Optics IOP Publishing 6 8 S811 S815 Bibcode 2004JOptB 6S 811K ISSN 1464 4266 arXiv quant ph 0402083 doi 10 1088 1464 4266 6 8 029 Arhiv originalu za 25 Chervnya 2009 Procitovano 30 Bereznya 2021 Kimble H J Levin Yuri Matsko Andrey B Thorne Kip S Vyatchanin Sergey P 26 grudnya 2001 Conversion of conventional gravitational wave interferometers into quantum nondemolition interferometers by modifying their input and or output optics Physical Review D American Physical Society APS 65 2 022002 Bibcode 2002PhRvD 65b2002K ISSN 0556 2821 arXiv gr qc 0008026 doi 10 1103 physrevd 65 022002 Arhiv originalu za 2 Grudnya 2020 Procitovano 30 Bereznya 2021 b cite journal b Proignorovano nevidomij parametr hdl dovidka Demkowicz Dobrzanski Rafal Kolodynski Jan Guţă Mădălin 18 veresnya 2012 The elusive Heisenberg limit in quantum enhanced metrology Nature Communications 3 1063 Bibcode 2012NatCo 3 1063D PMC 3658100 PMID 22990859 arXiv 1201 3940 doi 10 1038 ncomms2067 Escher B M Filho R L de Matos Davidovich L May 2011 General framework for estimating the ultimate precision limit in noisy quantum enhanced metrology Nature Physics 7 5 406 411 Bibcode 2011NatPh 7 406E ISSN 1745 2481 arXiv 1201 1693 doi 10 1038 nphys1958 Sorensen Anders S 2001 Entanglement and Extreme Spin Squeezing Physical Review Letters 86 20 4431 4434 Bibcode 2001PhRvL 86 4431S PMID 11384252 arXiv quant ph 0011035 doi 10 1103 physrevlett 86 4431 Pezze Luca 2009 Entanglement Nonlinear Dynamics and the Heisenberg Limit Physical Review Letters 102 10 100401 Bibcode 2009PhRvL 102j0401P PMID 19392092 arXiv 0711 4840 doi 10 1103 physrevlett 102 100401 Hyllus Philipp 2012 Fisher information and multiparticle entanglement Physical Review A 85 2 022321 Bibcode 2012PhRvA 85b2321H arXiv 1006 4366 doi 10 1103 physreva 85 022321 Toth Geza 2012 Multipartite entanglement and high precision metrology Physical Review A 85 2 022322 Bibcode 2012PhRvA 85b2322T arXiv 1006 4368 doi 10 1103 physreva 85 022322 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Kvantova metrologiya amp oldid 39175069