Jatkuvasti valvottujen kvanttijärjestelmien peräkkäinen hypoteesitestaus

Jatkuvasti valvottujen kvanttijärjestelmien peräkkäinen hypoteesitestaus

Aikaleima: 20. maaliskuuta 2024 11
Jatkuvasti valvottujen kvanttijärjestelmien peräkkäinen hypoteesitestaus PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1, ja John Calsamiglia1

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

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Käsittelemme kvanttijärjestelmää, jota seurataan jatkuvasti ja joka tuottaa mittaussignaalin. Tällaisesta tietovirrasta on pääteltävä tietoa taustalla olevan järjestelmän dynamiikasta. Tässä keskitymme hypoteesien testausongelmiin ja ehdotamme peräkkäisten strategioiden käyttöä, joissa signaali analysoidaan reaaliajassa, jolloin kokeilu voidaan saattaa päätökseen heti, kun taustalla oleva hypoteesi voidaan tunnistaa sertifioidulla määrätyllä onnistumistodennäköisyydellä. Analysoimme peräkkäisten testien suorituskykyä tutkimalla pysähtymisajan käyttäytymistä, mikä osoittaa huomattavan edun nykyisin käytössä oleviin strategioihin verrattuna, jotka perustuvat kiinteään ennalta määrättyyn mittausaikaan.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg ja Florian Marquardt. "Onkalon optomekaniikka". Rev. Mod. Phys. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit ja A Nick Vamivakas. "Optomekaniikka levitoiduilla hiukkasilla". Reports on Progress in Physics 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe ja Elizabeth A. Donley. "Atomic sensors – katsaus". IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Dmitry Budker ja Michael Romalis. "Optinen magnetometria". Nature Physics 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei ja Yong-Chun Liu. "Onkalon optomekaaninen tunnistus". 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 ja M. Bhattacharya. "Onkalon optomekaaninen tunnistus ja atomipysyvän virran manipulointi". 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 ja Eva M. Weig. "Optomekaniikka kvanttitekniikoille". Nature Physics 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. "Sirun mittakaavan atomilaitteet". Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / +1.5026238

[9] BP et ai Abbott. "Gravitaatioaaltojen havainnointi binaarisesta mustan aukon sulautumisesta". Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell ja Silvana Palacios Alvarez. "Kollokvio: Kvanttirajat magneettikenttäantureiden energiaresoluutiolle". 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 ja Vladimir A. Aksyuk. "Lämpökohinan lyöminen dynaamisessa signaalimittauksessa nanovalmisteisella ontelooptomekaanisella sensorilla". Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman ja GJ Milburn. "Kvanttiteoria kenttäkvadratuurimittauksista". Phys. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman ja Gerard J Milburn. "Kvanttimittaus ja ohjaus". Cambridgen yliopiston lehdistö. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop ja Warwick P. Bowen. "Onkalooptomekaanisten kenttäanturien herkkyys ja suorituskyky". Photonic Sensors 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

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

[16] Søren Gammelmark ja Klaus Mølmer. "Bayesilainen parametripäätelmä jatkuvasti valvotuista kvanttijärjestelmistä". Phys. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. "Kvanttimittausteoria ja sen sovellukset". Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Mølmer. "Hypoteesin testaus avoimilla kvanttijärjestelmillä". Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris ja Marco G Genoni. "Kvanttimagnetometrian äärimmäiset rajat aikajatkuvien mittausten kautta". New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich ja Klaus Mølmer. "Hypoteesin testaus jatkuvasti valvotulla kvanttijärjestelmällä". Physical Review 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 ja Hendrik Ulbricht. "Dynaaminen mallin valinta lähellä kvanttiklassista rajaa". 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 ja Morgan W. Mitchell. "Signaalin seuranta atomianturin aikaresoluutiota pidemmälle kalman-suodatuksella". Phys. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu ja Xiaoguang Wang. "Kvanttikalastajan tietomatriisi ja moniparametrien estimointi". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa ja Jan Kołodyński. "Meteliä atomimagnetometria reaaliajassa". New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia ja Mauro Paternostro. "Optomekaniikkaan perustuva kvanttiestimaatioteoria romahtamismalleille". Entropia 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Trees. "Havaitsemis-, estimointi- ja modulaatioteoria, osa I". Wiley-Interscience. (2001). 1 painos.
https: / / doi.org/ 10.1002 / +0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. "Sekventiaalinen analyysi: hypoteesien testaus ja muutospisteiden havaitseminen". Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / +02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. "Jaksottainen analyysi". Courier Corporation. (2004).

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

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan ja Marco Tomamichel. "Optimaaliset mukautuvat strategiat peräkkäiseen kvanttihypoteesitestaukseen". Communications in Mathematical Physics 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover ja Joy A. Thomas. "Tietoteorian elementit (wiley-sarjat tietoliikenteessä ja signaalinkäsittelyssä)". Wiley-Interscience. USA (2006).

[32] A. Wald. "Tilastollisten hypoteesien peräkkäiset testit". 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 ja Geoff J. Pryde. "Kvanttitilasyrjintä käyttäen vähimmäiskeskimääräistä kopiomäärää". Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald ja J. Wolfowitz. "Sequential Probability Ratio Testin optimaalinen merkki". The Annals of Mathematical Statistics 19, 326–339 ​​(1948). URL-osoite: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ vakaa / 2235638

[35] Viacheslav P. Belavkin. "Kvanttistokastisten prosessien purkamittaukset, epälineaarinen suodatus ja dynaaminen ohjelmointi". Teoksessa Austin Blaquiére, toimittaja, Modeling and Control of Systems. Sivut 245-265. Springer Berlin Heidelberg, Berliini, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. "Stokastinen suodatusteoria". Volume 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. "Diffuusioprosessien todennäköisyystiheydet epälineaarisen suodatusteorian ja tunnistusteorian sovelluksilla". Stanfordin yliopisto. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. "Jatkuvaaikaisten stokastisten järjestelmien optimaalinen ohjaus". Kalifornian yliopisto, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel ja Markus Aspelmeyer. "Levitoidun nanopartikkelin jäähdytys liikkeen kvanttiperustilaan". Science 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser ja Alessio Belenchia. "Kokeellinen arvio entropian tuotannosta jatkuvasti mitattavassa mekaanisessa resonaattorissa". Phys. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty ja K. Jacobs. "Kvanttijärjestelmien palauteohjaus jatkuvalla tilaestimointilla". Phys. Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. "Kvanttijatkuvat muuttujat: teoreettisten menetelmien aluke". CRC-painatus. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / +9781315118727

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

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni ja Alessio Serafini. "Ehdollinen ja ehdoton Gaussin kvanttidynamiikka". Contemporary Physics 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / +00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman ja RS Bucy. "Uusia tuloksia lineaarisessa suodatuksessa ja ennusteteoriassa". Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / +1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche ja John Calsamiglia. "Perimmäiset rajat nopeimman kvanttimuutospisteen havaitsemiseen". Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

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

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris ja WP Bowen. "Mekaaninen puristus parametrisen vahvistuksen ja heikon mittauksen kautta". Phys. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris ja WP Bowen. "Kvanttiradan lähestymistapaa oskillaattorin kvanttipalautteen ohjaamiseen tarkasteltiin uudelleen". 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 ja Albert Schliesser. "Mekaanisen liikkeen mittaukseen perustuva kvanttiohjaus". 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 ja P. Papantoni-Kazakos. "Spektrietäisyys mittaa Gaussin prosessien välillä". 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 ja Marco G. Genoni. "Kvanttimetrologian palauteohjausstrategioiden oppiminen". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Viitattu

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal