Sequentiële hypothesetests voor continu bewaakte kwantumsystemen

Sequentiële hypothesetests voor continu bewaakte kwantumsystemen

Tijdstempel: 20 maart 2024 11:08 uur
Sequentiële hypothesetests voor continu bewaakte kwantumsystemen PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1en John Calsamiglia1

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

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

We beschouwen een kwantumsysteem dat continu wordt gemonitord, waardoor een meetsignaal ontstaat. Uit een dergelijke gegevensstroom moet informatie worden afgeleid over de dynamiek van het onderliggende systeem. Hier concentreren we ons op problemen met het testen van hypothesen en stellen we het gebruik van sequentiële strategieën voor waarbij het signaal in realtime wordt geanalyseerd, waardoor het experiment kan worden afgerond zodra de onderliggende hypothese kan worden geïdentificeerd met een gecertificeerde voorgeschreven succeskans. We analyseren de prestaties van sequentiële tests door het stoptijdgedrag te bestuderen, wat een aanzienlijk voordeel laat zien ten opzichte van de momenteel gebruikte strategieën op basis van een vaste, vooraf bepaalde meettijd.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg en Florian Marquardt. "Holte-optomechanica". Rev. Mod. Fys. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit en A Nick Vamivakas. "Optomechanica met zwevende deeltjes". Rapporten over de vooruitgang in de natuurkunde 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

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

[4] Dmitri Budker en Michael Romalis. "Optische magnetometrie". Natuurfysica 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei en Yong-Chun Liu. "Optomechanische detectie van holtes". Nanofotonica 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 en M. Bhattacharya. "Optomechanische detectie en manipulatie van een atomaire aanhoudende stroom". Fys. Ds. Lett. 127, 113601 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.113601

[7] Shabir Barzanjeh, André Xuereb, Simon Gröblacher, Mauro Paternostro, Cindy A. Regal en Eva M. Weig. “Optomechanica voor kwantumtechnologieën”. Natuurfysica 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] Johannes Kitching. "Atomatische apparaten op chipschaal". Technische Natuurkunde Beoordelingen 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP et al. Abbott. ‘Waarneming van zwaartekrachtsgolven afkomstig van een samensmelting van binaire zwarte gaten’. Fys. Ds. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell en Silvana Palacios Alvarez. "Colloquium: Kwantumgrenzen aan de energieresolutie van magnetische veldsensoren". Rev. Mod. Fys. 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 en Vladimir A. Aksyuk. "Thermische ruis verslaan in een dynamische signaalmeting door een optomechanische sensor met nanogefabriceerde holte". Wetenschap gaat vooruit 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman en GJ Milburn. ‘Kwantumtheorie van veldkwadratuurmetingen’. Fys. Rev.A 47, 642-662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman en Gerard J Milburn. "Kwantummeting en -controle". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop en Warwick P. Bowen. "Gevoeligheid en prestaties van optomechanische veldsensoren met holte". Fotonische sensoren 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Mankei Tsang. "Continu testen van kwantumhypothesen". Fys. Ds. Lett. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[16] Søren Gammelmark en Klaus Mølmer. "Bayesiaanse parameterafleiding van continu bewaakte kwantumsystemen". Fys. Rev.A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. "Kwantummeettheorie en haar toepassingen". Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Molmer. "Hypothesetesten met open kwantumsystemen". Fysieke beoordelingsbrieven 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Parijs en Marco G Genoni. "Ultieme grenzen voor kwantummagnetometrie via tijdcontinue metingen". Nieuw Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich en Klaus Mølmer. "Hypothesetesten met een continu bewaakt kwantumsysteem". Fysieke beoordeling 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 en Hendrik Ulbricht. ‘Dynamische modelselectie nabij de kwantum-klassieke grens’. Fys. 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 en Morgan W. Mitchell. "Signaal volgen voorbij de tijdresolutie van een atomaire sensor door kalmanfiltering". Fys. Ds. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu en Xiaoguang Wang. "Quantum fisher information matrix en multiparameter schatting". Journal of Physics A: Wiskundig en theoretisch 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa en Jan Kołodyński. "Noisy atomaire magnetometrie in realtime". Nieuw Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia en Mauro Paternostro. ‘Optomechanica gebaseerde kwantumschattingstheorie voor instortingsmodellen’. Entropie 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Bomen. "Detectie-, schattings- en modulatietheorie, deel I". Wiley-Interscience. (2001). 1 editie.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. "Sequentiële analyse: testen van hypothesen en detectie van veranderingspunten". Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. “Sequentiële analyse”. Koeriersbedrijf. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia en John Calsamiglia. "Kwantumsequentiële hypothesetesten". Fys. Ds. Lett. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan en Marco Tomamichel. ‘Optimale adaptieve strategieën voor het sequentieel testen van kwantumhypothesen’. Communicatie in de wiskundige natuurkunde 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover en Vreugde A. Thomas. “Elementen van de informatietheorie (wiley-reeksen in telecommunicatie en signaalverwerking)”. Wiley-Interscience. VS (2006).

[32] A. Wald. "Opeenvolgende tests van statistische hypothesen". De Annalen van Wiskundige Statistieken 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 en Geoff J. Pryde. “Quantum State Discriminatie met behulp van het minimale gemiddelde aantal kopieën”. Fysieke beoordelingsbrieven 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald en J. Wolfowitz. "Optimaal karakter van de sequentiële waarschijnlijkheidsratiotest". De Annalen van Wiskundige Statistieken 19, 326-339 (1948). url: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ stabiel / 2235638

[35] Viacheslav P. Belavkin. "Niet-demolition-metingen, niet-lineaire filtering en dynamische programmering van kwantumstochastische processen". In Austin Blaquiére, redacteur, Modellering en controle van systemen. Pagina's 245–265. Springer Berlijn Heidelberg, Berlijn, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. "Stochastische filtertheorie". Deel 13. Springer Wetenschap en zakelijke media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. "Kansdichtheid voor diffusieprocessen met toepassingen op niet-lineaire filtertheorie en detectietheorie". Stanford universiteit. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. "Optimale controle van stochastische systemen in continue tijd". Universiteit van California, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel en Markus Aspelmeyer. "Afkoeling van een zwevend nanodeeltje tot de bewegende kwantumgrondtoestand". Wetenschap 367, 892–895 (2020).
https:/​/​doi.org/10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser en Alessio Belenchia. ‘Experimentele beoordeling van de entropieproductie in een continu gemeten mechanische resonator’. Fys. Ds. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty en K. Jacobs. "Feedbackcontrole van kwantumsystemen met behulp van continue toestandsschatting". Fys. Rev. A 60, 2700-2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. “Quantum continue variabelen: een inleiding van theoretische methoden”. CRC-pers. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[43] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolas J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro en Seth Lloyd. "Gaussiaanse kwantuminformatie". Ds. Mod. Fysiek. 84, 621-669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni en Alessio Serafini. ‘Voorwaardelijke en onvoorwaardelijke gaussiaanse kwantumdynamica’. Hedendaagse natuurkunde 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman en RS Bucy. "Nieuwe resultaten in lineaire filter- en voorspellingstheorie". Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche en John Calsamiglia. "Ultieme grenzen voor de snelste detectie van kwantumveranderingspunten". Fysieke beoordelingsbrieven 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

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

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris en WP Bowen. "Mechanisch knijpen via parametrische versterking en zwakke meting". Fys. Ds. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris en WP Bowen. "De kwantumtrajectbenadering van kwantumfeedbackcontrole van een oscillator opnieuw bekeken". Filosofische transacties van de Royal Society A: wiskundige, fysische en technische wetenschappen 370, 5338–5353 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0531

[50] Massimiliano Rossi, David Mason, Junxin Chen, Yeghishe Tsaturyan en Albert Schliesser. "Op metingen gebaseerde kwantumcontrole van mechanische beweging". Natuur 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 en P. Papantoni-Kazakos. ‘Spectrale afstandsmetingen tussen Gaussische processen’. IEEE-transacties op automatische controle 25, 950-959 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.1980.1102475

[53] Alessio Fallani, Matteo AC Rossi, Dario Tamascelli en Marco G. Genoni. "Leren van feedbackcontrolestrategieën voor kwantummetrologie". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Geciteerd door

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal