Pruebas de hipótesis secuenciales para sistemas cuánticos monitoreados continuamente

Pruebas de hipótesis secuenciales para sistemas cuánticos monitoreados continuamente

Marca de tiempo: 20 de marzo de 2024 11:08 a. M.
Pruebas de hipótesis secuenciales para sistemas cuánticos monitoreados continuamente PlatoBlockchain Data Intelligence. Búsqueda vertical. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matías Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1y John Calsamiglia1

1Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Department de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), España
2Centro de Visión por Computador, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​España

¿Encuentra este documento interesante o quiere discutirlo? Scite o deje un comentario en SciRate.

Resumen

Consideramos un sistema cuántico que está siendo monitoreado continuamente, dando lugar a una señal de medición. A partir de ese flujo de datos, es necesario inferir información sobre la dinámica del sistema subyacente. Aquí nos centramos en problemas de prueba de hipótesis y proponemos el uso de estrategias secuenciales donde la señal se analiza en tiempo real, lo que permite concluir el experimento tan pronto como se pueda identificar la hipótesis subyacente con una probabilidad de éxito prescrita certificada. Analizamos el rendimiento de pruebas secuenciales estudiando el comportamiento del tiempo de parada, mostrando una ventaja considerable sobre las estrategias utilizadas actualmente basadas en un tiempo de medición predeterminado fijo.

► datos BibTeX

► referencias

[ 1 ] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg y Florian Marquardt. “Optomecánica de la cavidad”. Mod. Rev. Física. 86, 1391-1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[ 2 ] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit y A Nick Vamivakas. “Optomecánica con partículas levitadas”. Informes sobre el progreso en Física 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[ 3 ] John Kitching, Svenja Knappe y Elizabeth A. Donley. “Sensores atómicos – una revisión”. Revista de sensores IEEE 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[ 4 ] Dmitry Budker y Michael Romalis. “Magnetometría óptica”. Física de la naturaleza 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[ 5 ] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei y Yong-Chun Liu. “Detección optomecánica de cavidades”. Nanofotónica 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 y M. Bhattacharya. “Detección y manipulación optomecánica de cavidades de una corriente atómica persistente”. Física. 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 y Eva M. Weig. “Optomecánica para tecnologías cuánticas”. Física de la naturaleza 18, 15-24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[ 8 ] John Kitching. “Dispositivos atómicos a escala de chip”. Reseñas de Física Aplicada 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[ 9 ] BP y cols. Abbott. “Observación de ondas gravitacionales a partir de una fusión binaria de agujeros negros”. Física. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[ 10 ] Morgan W. Mitchell y Silvana Palacios Álvarez. “Coloquio: Límites cuánticos a la resolución energética de sensores de campo magnético”. Mod. Rev. Física. 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 y Vladimir A. Aksyuk. “Superar el ruido térmico en una medición de señal dinámica mediante un sensor optomecánico de cavidad nanofabricada”. Avances científicos 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[ 12 ] HM Wiseman y GJ Milburn. “Teoría cuántica de mediciones de cuadratura de campo”. Física. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[ 13 ] Howard M. Wiseman y Gerard J. Milburn. “Medición y control cuántico”. Prensa de la Universidad de Cambridge. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[ 14 ] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop y Warwick P. Bowen. “Sensibilidad y rendimiento de sensores de campo optomecánicos de cavidad”. Sensores fotónicos 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[ 15 ] Mankei Tsang. “Prueba continua de hipótesis cuánticas”. Física. Rev. Lett. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[ 16 ] Søren Gammelmark y Klaus Mølmer. "Inferencia de parámetros bayesianos a partir de sistemas cuánticos monitoreados continuamente". Física. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[ 17 ] Kurt Jacobs. “Teoría de la medición cuántica y sus aplicaciones”. Prensa de la Universidad de Cambridge. (2014).

[ 18 ] Klaus Molmer. “Prueba de hipótesis con sistemas cuánticos abiertos”. Cartas de revisión física 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[ 19 ] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris y Marco G Genoni. "Límites últimos de la magnetometría cuántica mediante mediciones continuas en el tiempo". Nueva Revista de Física 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[ 20 ] Alexander Holm Kiilerich y Klaus Mølmer. "Prueba de hipótesis con un sistema cuántico monitorizado continuamente". Revisión física 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 y Hendrik Ulbricht. "Selección de modelo dinámico cerca del límite cuántico-clásico". Física. 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 y Morgan W. Mitchell. "Seguimiento de señales más allá de la resolución temporal de un sensor atómico mediante filtrado de Kalman". Física. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[ 23 ] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu y Xiaoguang Wang. “Matriz de información de pescadores cuánticos y estimación multiparamétrica”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[ 24 ] Júlia Amorós-Binefa y Jan Kołodyński. “Magnetometría atómica ruidosa en tiempo real”. Nueva Revista de Física 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[ 25 ] Marta María Marchese, Alessio Belenchia y Mauro Paternostro. "Teoría de estimación cuántica basada en optomecánica para modelos de colapso". Entropía 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[ 26 ] Harry L. Van Árboles. “Teoría de la detección, estimación y modulación, Parte I”. Wiley-Interscience. (2001). 1 edición.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[ 27 ] Pieter Bastiaan Ober. “Análisis secuencial: prueba de hipótesis y detección de puntos de cambio”. Revista de Estadística Aplicada 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[ 28 ] Abraham Wald. “Análisis secuencial”. Corporación de mensajería. (2004).

[ 29 ] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramón Muñoz Tapia y John Calsamiglia. “Prueba de hipótesis secuenciales cuánticas”. Física. Rev. Lett. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[ 30 ] Yonglong Li, Vincent YF Tan y Marco Tomamichel. "Estrategias adaptativas óptimas para la prueba de hipótesis cuánticas secuenciales". Comunicaciones en Física Matemática 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[ 31 ] Thomas M. Cover y Joy A. Thomas. “Elementos de teoría de la información (series de wiley en telecomunicaciones y procesamiento de señales)”. Wiley-Interscience. Estados Unidos (2006).

[ 32 ] A. Wald. “Pruebas secuenciales de hipótesis estadísticas”. Los Anales de Estadística Matemática 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 y Geoff J. Pryde. “Discriminación del Estado Cuántico Utilizando el Número Promedio Mínimo de Copias”. Cartas de revisión física 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[ 34 ] A. Wald y J. Wolfowitz. “Carácter óptimo de la prueba de razón de probabilidad secuencial”. Los Anales de Estadística Matemática 19, 326–339 ​​(1948). URL: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ stable / 2235638

[ 35 ] Viacheslav P. Belavkin. “Medidas de no demolición, filtrado no lineal y programación dinámica de procesos estocásticos cuánticos”. En Austin Blaquiére, editor, Modelado y Control de Sistemas. Páginas 245–265. Springer Berlín Heidelberg, Berlín, Heidelberg (1989).

[ 36 ] Gopinath Kallianpur. “Teoría del filtrado estocástico”. Volumen 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[ 37 ] Tyrone Edward Duncan. “Densidades de probabilidad para procesos de difusión con aplicaciones a la teoría de filtrado no lineal y la teoría de detección”. Universidad Stanford. (1967).

[ 38 ] Richard Édgar Mortensen. “Control óptimo de sistemas estocásticos de tiempo continuo”. Universidad de California, Berkeley. (1966).

[ 39 ] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel y Markus Aspelmeyer. "Enfriamiento de una nanopartícula levitada al estado fundamental cuántico de movimiento". Ciencia 367, 892–895 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[ 40 ] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser y Alessio Belenchia. “Evaluación experimental de la producción de entropía en un resonador mecánico medido continuamente”. Física. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[ 41 ] AC Doherty y K. Jacobs. “Control de retroalimentación de sistemas cuánticos usando estimación de estado continuo”. física Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[ 42 ] Alejandro Serafini. "Variables continuas cuánticas: una introducción a los métodos teóricos". Prensa CRC. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[ 43 ] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolás J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro y Seth Lloyd. “Información cuántica gaussiana”. Rev.Mod. física 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[ 44 ] Ludovico Lami Marco G. Genoni y Alessio Serafini. “Dinámica cuántica gaussiana condicional e incondicional”. Física contemporánea 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[ 45 ] RE Kalman y RS Bucy. “Nuevos resultados en teoría de predicción y filtrado lineal”. Revista de Ingeniería Básica 83, 95-108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[ 46 ] Marco Fanizza, Christoph Hirche y John Calsamiglia. "Límites definitivos para la detección de puntos de cambio cuánticos más rápida". Cartas de revisión física 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

[ 47 ] Hannes Risken y Hannes Risken. “Ecuación de Fokker-planck”. Saltador. (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61544-3

[ 48 ] A. Szorkovsky, AC Doherty, GI Harris y WP Bowen. “Expresión mecánica mediante amplificación paramétrica y medición débil”. Física. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[ 49 ] Andrew C. Doherty, A. Szorkovsky, GI Harris y WP Bowen. "Revisión del enfoque de la trayectoria cuántica para el control de retroalimentación cuántica de un oscilador". Transacciones filosóficas de la Royal Society A: Ciencias matemáticas, físicas y de ingeniería 370, 5338–5353 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0531

[ 50 ] Massimiliano Rossi, David Mason, Junxin Chen, Yeghishe Tsaturyan y Albert Schliesser. “Control cuántico del movimiento mecánico basado en la medición”. Naturaleza 563, 53–58 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0643-8

[ 51 ] Sr. Bilkis. “Github”. https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt (2020).
https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt

[ 52 ] D. Kazakos y P. Papantoni-Kazakos. “Medidas de distancia espectral entre procesos gaussianos”. Transacciones IEEE sobre control automático 25, 950–959 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.1980.1102475

[ 53 ] Alessio Fallani, Matteo AC Rossi, Dario Tamascelli y Marco G. Genoni. “Aprendizaje de estrategias de control de retroalimentación para metrología cuántica”. PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Citado por

Este documento se publica en Quantum bajo el Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional (CC BY 4.0) licencia. Los derechos de autor permanecen con los titulares de derechos de autor originales, como los autores o sus instituciones.

Sello de tiempo:

Mas de Diario cuántico