Teste de hipóteses sequenciais para sistemas quânticos monitorados continuamente

Teste de hipóteses sequenciais para sistemas quânticos monitorados continuamente

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Teste de hipótese sequencial para sistemas quânticos monitorados continuamente PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1e John Calsamiglia1

1Física Teórica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departamento de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Espanha
2Centro de Visão Computacional, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​Espanha

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Sumário

Consideramos um sistema quântico que está sendo monitorado continuamente, dando origem a um sinal de medição. A partir desse fluxo de dados, é necessário inferir informações sobre a dinâmica do sistema subjacente. Aqui nos concentramos em problemas de teste de hipóteses e propomos o uso de estratégias sequenciais onde o sinal é analisado em tempo real, permitindo que o experimento seja concluído assim que a hipótese subjacente puder ser identificada com uma probabilidade de sucesso prescrita certificada. Analisamos o desempenho de testes sequenciais estudando o comportamento do tempo de parada, mostrando uma vantagem considerável sobre estratégias atualmente utilizadas baseadas em um tempo de medição fixo e predeterminado.

► dados BibTeX

► Referências

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg e Florian Marquardt. “Optomecânica da cavidade”. Rev. Mod. Física. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit e A Nick Vamivakas. “Optomecânica com partículas levitadas”. Relatórios sobre Progresso em Física 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe e Elizabeth A. Donley. “Sensores atômicos – uma revisão”. Diário de Sensores IEEE 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Dmitry Budker e Michael Romalis. “Magnetometria óptica”. Física da Natureza 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei e Yong-Chun Liu. “Detecção optomecânica de cavidade”. Nanofotônica 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 e M. Bhattacharya. “Detecção optomecânica de cavidade e manipulação de uma corrente atômica persistente”. Física. Rev. 127, 113601 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.113601

[7] Shabir Barzanjeh, André Xuereb, Simon Gröblacher, Mauro Paternostro, Cindy A. Regal e Eva M. Weig. “Optomecânica para tecnologias quânticas”. Física da Natureza 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] João Kitching. “Dispositivos atômicos em escala de chip”. Revisões de Física Aplicada 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP et al. Abbott. “Observação de ondas gravitacionais de uma fusão de buraco negro binário”. Física. Rev. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell e Silvana Palacios Alvarez. “Colóquio: Limites quânticos à resolução energética de sensores de campo magnético”. Rev. Mod. 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 e Vladimir A. Aksyuk. “Superando o ruído térmico em uma medição de sinal dinâmico por um sensor optomecânico de cavidade nanofabricada”. Avanços Científicos 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman e GJ Milburn. “Teoria quântica de medições de quadratura de campo”. Física. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman e Gerard J Milburn. “Medição e controle quântico”. Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop e Warwick P. Bowen. “Sensibilidade e desempenho de sensores de campo optomecânicos de cavidade”. Sensores fotônicos 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Mankei Tsang. “Teste contínuo de hipóteses quânticas”. Física. Rev. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[16] Søren Gammelmark e Klaus Mølmer. “Inferência de parâmetros bayesianos de sistemas quânticos monitorados continuamente”. Física. Rev.A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. “Teoria da medição quântica e suas aplicações”. Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Molmer. “Teste de Hipóteses com Sistemas Quânticos Abertos”. Cartas de Revisão Física 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris e Marco G Genoni. “Limites finais para magnetometria quântica através de medições contínuas no tempo”. Novo Jornal de Física 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich e Klaus Mølmer. “Teste de hipóteses com um sistema quântico monitorado continuamente”. Revisão 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 e Hendrik Ulbricht. “Seleção de modelo dinâmico próximo ao limite quântico-clássico”. 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 e Morgan W. Mitchell. “Rastreamento de sinal além da resolução temporal de um sensor atômico por filtragem de Kalman”. Física. Rev. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu e Xiaoguang Wang. “Matriz de informação de pescador quântico e estimativa multiparâmetros”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa e Jan Kołodyński. “Magnetometria atômica ruidosa em tempo real”. Novo Jornal de Física 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia e Mauro Paternostro. “Teoria de estimativa quântica baseada em optomecânica para modelos de colapso”. Entropia 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Árvores. “Teoria de Detecção, Estimativa e Modulação, Parte I”. Wiley-Interciência. (2001). 1 edição.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. “Análise sequencial: teste de hipóteses e detecção de changepoint”. Jornal de Estatística Aplicada 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Abraão Wald. “Análise sequencial”. Corporação de Correios. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia e John Calsamiglia. “Teste de hipóteses sequenciais quânticas”. Física. Rev. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan e Marco Tomamichel. “Estratégias adaptativas ótimas para testes de hipóteses quânticas sequenciais”. Comunicações em Física Matemática 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover e Joy A. Thomas. “Elementos da teoria da informação (séries Wiley em telecomunicações e processamento de sinais)”. Wiley-Interciência. EUA (2006).

[32] A. Wald. “Testes Sequenciais de Hipóteses Estatísticas”. Os Anais de Estatística 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 e Geoff J. Pryde. “Discriminação de estado quântico usando o número médio mínimo de cópias”. Cartas de Revisão Física 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald e J. Wolfowitz. “Caráter Ótimo do Teste de Razão de Probabilidade Sequencial”. Os Anais de Estatística Matemática 19, 326–339 ​​(1948). url: https:///​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ stable / 2235638

[35] Viacheslav P. Belavkin. “Medições de não demolição, filtragem não linear e programação dinâmica de processos estocásticos quânticos”. Em Austin Blaquiére, editor, Modelagem e Controle de Sistemas. Páginas 245–265. Springer Berlim Heidelberg, Berlim, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. “Teoria da filtragem estocástica”. Volume 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. “Densidades de probabilidade para processos de difusão com aplicações à teoria de filtragem não linear e teoria de detecção”. Universidade de Stanford. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. “Controle ótimo de sistemas estocásticos de tempo contínuo”. Universidade da California, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel e Markus Aspelmeyer. “Resfriamento de uma nanopartícula levitada ao estado fundamental quântico em movimento”. Ciência 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser e Alessio Belenchia. “Avaliação experimental da produção de entropia em um ressonador mecânico medido continuamente”. Física. Rev. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty e K. Jacobs. “Controle de feedback de sistemas quânticos usando estimativa de estado contínuo”. Física Rev. A 60, 2700-2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. “Variáveis ​​​​quânticas contínuas: uma cartilha de métodos teóricos”. Imprensa CRC. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

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

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

[45] RE Kalman e RS Bucy. “Novos resultados em filtragem linear e teoria de previsão”. Jornal de Engenharia Básica 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche e John Calsamiglia. “Limites Finais para Detecção de Ponto de Mudança Quântica Mais Rápida”. Cartas de Revisão Física 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

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

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris e WP Bowen. “Aperto mecânico via amplificação paramétrica e medição fraca”. Física. Rev. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris e WP Bowen. “A abordagem da trajetória quântica para o controle de feedback quântico de um oscilador revisitada”. Transações Filosóficas da Royal Society A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenharia 370, 5338–5353 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0531

[50] Massimiliano Rossi, David Mason, Junxin Chen, Yeghishe Tsaturyan e Albert Schliesser. “Controle quântico baseado em medição do movimento mecânico”. Natureza 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 e P. Papantoni-Kazakos. “Medidas de distância espectral entre processos gaussianos”. Transações IEEE sobre Controle Automático 25, 950–959 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TAC.1980.1102475

[53] Alessio Fallani, Matteo AC Rossi, Dario Tamascelli, and Marco G. Genoni. “Aprendendo estratégias de controle de feedback para metrologia quântica”. PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

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