Testarea secvenţială a ipotezelor pentru sisteme cuantice monitorizate continuu

Testarea secvenţială a ipotezelor pentru sisteme cuantice monitorizate continuu

Marca temporală: 20 martie 2024 11:08 AM
Sequential hypothesis testing for continuously-monitored quantum systems PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1și 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

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Considerăm un sistem cuantic care este monitorizat continuu, dând naștere unui semnal de măsurare. Dintr-un astfel de flux de date, informațiile trebuie să fie deduse despre dinamica sistemului de bază. Aici ne concentrăm asupra problemelor de testare a ipotezelor și propunem utilizarea unor strategii secvențiale în care semnalul este analizat în timp real, permițând ca experimentul să fie încheiat de îndată ce ipoteza de bază poate fi identificată cu o probabilitate de succes prescrisă certificată. Analizăm performanța testelor secvențiale prin studierea comportamentului timpului de oprire, arătând un avantaj considerabil față de strategiile utilizate în prezent bazate pe un timp de măsurare predeterminat fix.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg și Florian Marquardt. „Optomecanica cavitatii”. Rev. Mod. Fiz. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit și A Nick Vamivakas. „Optomecanica cu particule levitate”. Rapoarte privind progresul în fizică 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe și Elizabeth A. Donley. „Senzori atomici – o recenzie”. IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Dmitry Budker și Michael Romalis. „Magnetometrie optică”. Fizica naturii 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei și Yong-Chun Liu. „Detecție optomecanică a cavității”. 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 și M. Bhattacharya. „Detecția optomecanică a cavității și manipularea unui curent atomic persistent”. Fiz. 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 și Eva M. Weig. „Optomecanica pentru tehnologii cuantice”. Fizica naturii 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. „Dispozitive atomice la scară de cip”. Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP și colab. Abbott. „Observarea undelor gravitaționale dintr-o fuziune binară a găurii negre”. Fiz. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell și Silvana Palacios Alvarez. „Colocviu: limite cuantice ale rezoluției energetice a senzorilor de câmp magnetic”. Rev. Mod. Fiz. 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 și Vladimir A. Aksyuk. „Învingerea zgomotului termic într-o măsurare dinamică a semnalului de către un senzor optomecanic cu cavitate nanofabricată”. Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman și GJ Milburn. „Teoria cuantică a măsurătorilor câmp-quadratură”. Fiz. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman și Gerard J Milburn. „Măsurarea și controlul cuantic”. Presa universitară Cambridge. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop și Warwick P. Bowen. „Sensibilitatea și performanța senzorilor de câmp optomecanici de cavitate”. Senzori fotonici 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Mankei Tsang. „Testarea continuă a ipotezelor cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[16] Søren Gammelmark și Klaus Mølmer. „Inferența parametrilor bayesieni din sisteme cuantice monitorizate continuu”. Fiz. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. „Teoria măsurării cuantice și aplicațiile sale”. Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Mølmer. „Testarea ipotezelor cu sisteme cuantice deschise”. Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris și Marco G Genoni. „Limite finale pentru magnetometria cuantică prin măsurători continue în timp”. New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich și Klaus Mølmer. „Testarea ipotezelor cu un sistem cuantic monitorizat continuu”. Physical Review A 98, 022103 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022103

[21] Jason F. Ralph, Marko Toroš, Simon Maskell, Kurt Jacobs, Mudddassar Rashid, Ashley J. Setter și Hendrik Ulbricht. „Selecția dinamică a modelului în apropierea graniței cuantice-clasice”. Fiz. 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 și Morgan W. Mitchell. „Urmărirea semnalului dincolo de rezoluția în timp a unui senzor atomic prin filtrare kalman”. Fiz. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu și Xiaoguang Wang. „Matricea cuantică a informațiilor pescuitului și estimarea multiparametrică”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa și Jan Kołodyński. „Magnetometrie atomică zgomotoasă în timp real”. New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia și Mauro Paternostro. „Teoria de estimare cuantică bazată pe optmecanică pentru modelele de colaps”. Entropia 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Trees. „Detecția, Estimarea și Teoria Modulării, Partea I”. Wiley-Interscience. (2001). 1 editie.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. „Analiza secvenţială: testarea ipotezelor şi detectarea punctului de schimbare”. Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. „Analiza secvenţială”. Corporația de curierat. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia și John Calsamiglia. „Testarea ipotezelor secvențiale cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan și Marco Tomamichel. „Strategii adaptative optime pentru testarea secvențială a ipotezelor cuantice”. Communications in Mathematical Physics 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover și Joy A. Thomas. „Elemente de teoria informației (seria Wiley în telecomunicații și procesarea semnalului)”. Wiley-Interscience. SUA (2006).

[32] A. Wald. „Teste secvențiale ale ipotezelor statistice”. Analele statisticii matematice 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 și Geoff J. Pryde. „Discriminarea cuantică de stat folosind numărul mediu minim de copii”. Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald şi J. Wolfowitz. „Caracterul optim al testului raportului de probabilitate secvențială”. Analele statisticii matematice 19, 326–339 ​​(1948). url: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ stabil / 2235638

[35] Viacheslav P. Belavkin. „Măsurători nedemolare, filtrare neliniară și programare dinamică a proceselor stocastice cuantice”. În Austin Blaquiére, editor, Modeling and Control of Systems. Paginile 245–265. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. „Teoria filtrării stocastice”. Volumul 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. „Densități de probabilitate pentru procesele de difuzie cu aplicații la teoria filtrării neliniare și teoria detectării”. Universitatea Stanford. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. „Controlul optim al sistemelor stocastice în timp continuu”. Universitatea din California, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel și Markus Aspelmeyer. „Răcirea unei nanoparticule levitate la starea fundamentală cuantică moțională”. Science 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser și Alessio Belenchia. „Evaluarea experimentală a producției de entropie într-un rezonator mecanic măsurat continuu”. Fiz. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty și K. Jacobs. „Controlul feedback-ului al sistemelor cuantice folosind estimarea stării continue”. Fiz. Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. „Variabile continue cuantice: un primer al metodelor teoretice”. CRC presa. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[43] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolas J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro și Seth Lloyd. „Informația cuantică gaussiană”. Rev. Mod. Fiz. 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni și Alessio Serafini. „Dinamica cuantică gaussiană condiționată și necondiționată”. Contemporary Physics 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman și RS Bucy. „Rezultate noi în filtrul liniar și teoria predicției”. Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche și John Calsamiglia. „Limite finale pentru cea mai rapidă detectare a punctului de schimbare cuantică”. Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

[47] Hannes Risken și Hannes Risken. „Ecuația Fokker-Planck”. Springer. (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61544-3

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris și WP Bowen. „Strângerea mecanică prin amplificare parametrică și măsurare slabă”. Fiz. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris și WP Bowen. „Abordarea traiectoriei cuantice a controlului feedback-ului cuantic al unui oscilator a fost revizuită”. Tranzacții filosofice ale Societății Regale A: Științe matematice, fizice și inginerie 370, 5338–5353 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0531

[50] Massimiliano Rossi, David Mason, Junxin Chen, Yeghishe Tsaturyan și Albert Schliesser. „Controlul cuantic bazat pe măsurare al mișcării mecanice”. 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 şi P. Papantoni-Kazakos. „Măsuri spectrale ale distanței dintre procesele gaussiene”. 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 și Marco G. Genoni. „Învățarea strategiilor de control al feedback-ului pentru metrologia cuantică”. PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Citat de

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic