Sekvensiell hypotesetesting for kontinuerlig overvåkede kvantesystemer

Sekvensiell hypotesetesting for kontinuerlig overvåkede kvantesystemer

Tidsstempel: 20. mars 2024 11:08
Sekvensiell hypotesetesting for kontinuerlig overvåkede kvantesystemer PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

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

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

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi vurderer et kvantesystem som kontinuerlig overvåkes, og gir opphav til et målesignal. Fra en slik strøm av data må det utledes informasjon om det underliggende systemets dynamikk. Her fokuserer vi på hypotesetestingsproblemer og legger frem bruken av sekvensielle strategier der signalet analyseres i sanntid, slik at eksperimentet kan avsluttes så snart den underliggende hypotesen kan identifiseres med en sertifisert foreskrevet suksesssannsynlighet. Vi analyserer ytelsen til sekvensielle tester ved å studere stopptidsatferden, og viser en betydelig fordel i forhold til for tiden brukte strategier basert på en fast forhåndsbestemt måletid.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg og Florian Marquardt. "Kavitets optomekanikk". 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. "Optomekanikk med leviterte partikler". Reports on Progress in Physics 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 sensing av hulrom". 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. "Optomekanisk sansing og manipulering av hulrom av en vedvarende atomstrøm". 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. "Optomekanikk for kvanteteknologier". Naturfysikk 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. "Atomenheter i brikkeskala". Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP et al. Abbott. "Observasjon av gravitasjonsbølger fra en binær svart hulls fusjon". Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell og Silvana Palacios Alvarez. "Kollokvium: Kvantegrenser for energioppløsningen til 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 støy i en dynamisk signalmåling av en nanofabrikert optomekanisk sensor". Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman og GJ Milburn. "Kvanteori for 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 kontroll". 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. "Sensitivitet og ytelse av hulroms optomekaniske feltsensorer". Photonic Sensors 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

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

[16] Søren Gammelmark og Klaus Mølmer. "Bayesiansk parameterslutning fra kontinuerlig overvåkede 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. "Hypotesetesting med åpne 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. "Ende grenser 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. "Hypotesetesting med et kontinuerlig overvåket kvantesystem". Fysisk gjennomgang 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 modellvalg nær den kvanteklassiske grensen". 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 utover tidsoppløsningen til 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. "Kvantefiskerinformasjonsmatrise og multiparameterestimering". 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. "Støyende atommagnetometri i sanntid". New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

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

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

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

[28] Abraham Wald. "Sekvensiell analyse". Courier Corporation. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia og John Calsamiglia. "Kvantesekvensiell hypotesetesting". 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 for sekvensiell kvantehypotesetesting". 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 av informasjonsteori (wiley-serier i telekommunikasjon og signalbehandling)". Wiley-Interscience. USA (2006).

[32] A. Wald. "Sekvensielle tester av 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. "Kvantetilstandsdiskriminering ved bruk av minimum gjennomsnittlig antall kopier". Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

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

[35] Viacheslav P. Belavkin. "Udemolition-målinger, ikke-lineær filtrering og dynamisk programmering av kvantestokastiske prosesser". I Austin Blaquiére, redaktør, Modellering og kontroll av 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. "Sannsynlighetstettheter for diffusjonsprosesser med applikasjoner til ikke-lineær filtreringsteori og deteksjonsteori". Universitetet i Stanford. (1967).

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

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel og Markus Aspelmeyer. "Kjøling av en levitert nanopartikkel til bevegelseskvantegrunntilstanden". 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. "Eksperimentell vurdering av entropiproduksjon i en kontinuerlig målt mekanisk resonator". Phys. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty og K. Jacobs. "Tilbakemeldingskontroll av kvantesystemer ved bruk av kontinuerlig tilstandsestimering". Phys. Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. "Kvantekontinuerlige variabler: en primer av teoretiske metoder". CRC trykk. (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 kvanteinformasjon". 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 kvantedynamikk". 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 prediksjonsteori". Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche og John Calsamiglia. "Ultimate grenser for raskeste kvanteendringspunktdeteksjon". 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 klemme via parametrisk forsterkning og svak 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. "Kvantebanetilnærmingen til kvantetilbakemeldingskontroll av en oscillator på nytt". 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. "Målebasert kvantekontroll av mekanisk bevegelse". 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 avstandsmål mellom Gaussiske prosesser". 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 tilbakemeldingskontrollstrategier for kvantemetrologi". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal