Sekventiel hypotesetestning for kontinuerligt overvågede kvantesystemer

Sekventiel hypotesetestning for kontinuerligt overvågede kvantesystemer

Tidsstempel: 20. marts 2024 kl. 11:08
Sequential hypothesis testing for continuously-monitored quantum systems PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1og John Calsamiglia1

1Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Department de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Spanien
2Computer Vision Center, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​Spanien

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi betragter et kvantesystem, der løbende overvåges, hvilket giver anledning til et målesignal. Ud fra en sådan strøm af data skal der udledes information om det underliggende systems dynamik. Her fokuserer vi på hypotesetestproblemer og foreslår brugen af ​​sekventielle strategier, hvor signalet analyseres i realtid, hvilket gør det muligt at afslutte eksperimentet, så snart den underliggende hypotese kan identificeres med en certificeret foreskrevet successandsynlighed. Vi analyserer udførelsen af ​​sekventielle tests ved at studere stoptidsadfærden, hvilket viser en betydelig fordel i forhold til aktuelt anvendte strategier baseret på en fast forudbestemt måletid.

► BibTeX-data

► Referencer

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg og Florian Marquardt. "Kavitets optomekanik". Rev. Mod. Phys. 86, 1391-1452 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit og A Nick Vamivakas. "Optomekanik med leviterede partikler". Rapporter om fremskridt i fysik 83, 026401 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe og Elizabeth A. Donley. "Atomsensorer - en anmeldelse". IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Dmitry Budker og Michael Romalis. "Optisk magnetometri". Nature Physics 3, 227-234 (2007).
https://doi.org/​10.1038/​nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei og Yong-Chun Liu. "Optomekanisk hulrumsføling". Nanophotonics 10, 2799-2832 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1515/​nanoph-2021-0256

[6] Pardeep Kumar, Tushar Biswas, Kristian Feliz, Rina Kanamoto, M.-S. Chang, Anand K. Jha og M. Bhattacharya. "Kavitets optomekanisk sansning og manipulation af en atomær vedvarende strøm". Phys. Rev. Lett. 127, 113601 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.113601

[7] Shabir Barzanjeh, André Xuereb, Simon Gröblacher, Mauro Paternostro, Cindy A. Regal og Eva M. Weig. "Optomekanik til kvanteteknologier". Naturfysik 18, 15-24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. "Chip-skala atomare enheder". Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.5026238

[9] BP et al. Abbott. "Observation af gravitationsbølger fra en binær sort hul-fusion". Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell og Silvana Palacios Alvarez. "Colloquium: Kvantegrænser for energiopløsningen af ​​magnetfeltsensorer". Rev. Mod. Phys. 92, 021001 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.92.021001

[11] Mingkang Wang, Diego J. Perez-Morelo, Georg Ramer, Georges Pavlidis, Jeffrey J. Schwartz, Liya Yu, Robert Ilic, Andrea Centrone og Vladimir A. Aksyuk. "Slå termisk støj i en dynamisk signalmåling med en nanofabrikeret optomekanisk sensor". Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman og GJ Milburn. "Kvanteori om felt-kvadraturmålinger". Phys. Rev. A 47, 642-662 (1993).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman og Gerard J Milburn. "Kvantemåling og kontrol". Cambridge University Press. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop og Warwick P. Bowen. "Følsomhed og ydeevne af hulrumsoptomekaniske feltsensorer". Photonic Sensors 2, 259-270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Mankei Tsang. "Kontinuerlig kvantehypotesetestning". Phys. Rev. Lett. 108, 170502 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.170502

[16] Søren Gammelmark og Klaus Mølmer. "Bayesiansk parameterinferens fra kontinuerligt overvågede kvantesystemer". Phys. Rev. A 87, 032115 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. "Kvantemålingsteori og dens anvendelser". Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Mølmer. "Hypotesetestning med åbne kvantesystemer". Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris og Marco G Genoni. "Udste grænser for kvantemagnetometri via tidskontinuerlige målinger". New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich og Klaus Mølmer. "Hypotesetestning med et kontinuerligt overvåget kvantesystem". Fysisk anmeldelse A 98, 022103 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.98.022103

[21] Jason F. Ralph, Marko Toroš, Simon Maskell, Kurt Jacobs, Muddassar Rashid, Ashley J. Setter og Hendrik Ulbricht. "Dynamisk modelvalg nær den kvante-klassiske grænse". Phys. Rev. A 98, 010102 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.98.010102

[22] Ricardo Jiménez-Martínez, Jan Kołodyński, Charikleia Troullinou, Vito Giovanni Lucivero, Jia Kong og Morgan W. Mitchell. "Signalsporing ud over tidsopløsningen af ​​en atomsensor ved Kalman-filtrering". Phys. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu og Xiaoguang Wang. "Quantum Fisher information matrix og multiparameter estimering". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa og Jan Kołodyński. "Støjende atommagnetometri i realtid". New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia og Mauro Paternostro. "Optomekanik-baseret kvantestimeringsteori for kollapsmodeller". Entropy 25 (2023).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e25030500

[26] Harry L. Van Trees. "Detektion, estimering og moduleringsteori, del I". Wiley-Interscience. (2001). 1 udgave.
https://​/​doi.org/​10.1002/​0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. "Sekventiel analyse: hypotesetestning og ændringspunktdetektion". Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1080/​02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. "Sekventiel analyse". Kurerselskab. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia og John Calsamiglia. "Kvantesekventiel hypotesetestning". Phys. Rev. Lett. 126, 180502 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.180502

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan og Marco Tomamichel. "Optimale adaptive strategier til sekventiel kvantehypotesetestning". Communications in Mathematical Physics 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover og Joy A. Thomas. "Elementer af informationsteori (wiley-serier i telekommunikation og signalbehandling)". Wiley-Interscience. USA (2006).

[32] A. Wald. "Sekventielle test af statistiske hypoteser". The Annals of Mathematical Statistics 16, 117 – 186 (1945).
https://​/​doi.org/​10.1214/​aoms/​1177731118

[33] Sergei Slussarenko, Morgan M. Weston, Jun-Gang Li, Nicholas Campbell, Howard M. Wiseman og Geoff J. Pryde. "Kvantetilstandsdiskrimination ved brug af det mindste gennemsnitlige antal kopier". Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald og J. Wolfowitz. "Optimal karakter af den sekventielle sandsynlighedsratiotest". The Annals of Mathematical Statistics 19, 326–339 ​​(1948). url: https://www.jstor.org/​stable/​2235638.
https://www.jstor.org/​stable/​2235638

[35] Viacheslav P. Belavkin. "Nodemolition-målinger, ikke-lineær filtrering og dynamisk programmering af kvantestokastiske processer". I Austin Blaquiére, redaktør, Modellering og kontrol af systemer. Side 245-265. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. "Stokastisk filtreringsteori". Bind 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https://​/​doi.org/​10.1017/​S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. "Sandsynlighedstætheder for diffusionsprocesser med applikationer til ikke-lineær filtreringsteori og detektionsteori". Stanford University. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. "Optimal styring af kontinuerlige stokastiske systemer". University of California, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel og Markus Aspelmeyer. "Køling af en leviteret nanopartikel til den motionelle kvantegrundtilstand". Science 367, 892-895 (2020).
https://​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser og Alessio Belenchia. "Eksperimentel vurdering af entropiproduktion i en kontinuerligt målt mekanisk resonator". Phys. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty og K. Jacobs. "Feedback-kontrol af kvantesystemer ved hjælp af kontinuerlig tilstandsestimering". Phys. Rev. A 60, 2700-2711 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. "Kvantekontinuerlige variabler: en primer af teoretiske metoder". CRC tryk. (2017).
https://​/​doi.org/​10.1201/​9781315118727

[43] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolas J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro og Seth Lloyd. "Gaussisk kvanteinformation". Rev. Mod. Phys. 84, 621-669 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.84.621

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni og Alessio Serafini. "Betinget og ubetinget gaussisk kvantedynamik". Contemporary Physics 57, 331-349 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1080/​00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman og RS Bucy. "Nye resultater i lineær filtrering og forudsigelsesteori". Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https://​/​doi.org/​10.1115/​1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche og John Calsamiglia. "Ultimative grænser for hurtigste kvanteændringspunktdetektion". Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.131.020602

[47] Hannes Risken og Hannes Risken. "Fokker-planck ligning". Springer. (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61544-3

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris og WP Bowen. "Mekanisk klemning via parametrisk forstærkning og svag måling". Phys. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris og WP Bowen. "Kvantebanetilgangen til kvantefeedbackstyring af en oscillator genbesøgt". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 370, 5338–5353 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1098/​rsta.2011.0531

[50] Massimiliano Rossi, David Mason, Junxin Chen, Yeghishe Tsaturyan og Albert Schliesser. "Målebaseret kvantekontrol af mekanisk bevægelse". Nature 563, 53–58 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0643-8

[51] M. Bilkis. "Github". https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt (2020).
https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt

[52] D. Kazakos og P. Papantoni-Kazakos. "Spektral afstandsmål mellem Gaussiske processer". IEEE Transactions on Automatic Control 25, 950–959 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TAC.1980.1102475

[53] Alessio Fallani, Matteo AC Rossi, Dario Tamascelli og Marco G. Genoni. "Lære feedbackkontrolstrategier for kvantemetrologi". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.020310

Citeret af

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal