Последовательная проверка гипотез для постоянно контролируемых квантовых систем

Последовательная проверка гипотез для постоянно контролируемых квантовых систем

Отметка времени: 20 марта 2024 г., 11:08
Последовательное тестирование гипотез для постоянно контролируемых квантовых систем PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Джулио Гасбарри1, Матиас Билкис1,2, Элизабет Рода-Саличс1и Джон Калсамилья1

1Теорическая физика: Информация и квантовые феномены, Департамент физики, Автономный университет Барселоны, 08193 Беллатерра (Барселона), Испания
2Центр компьютерного зрения, Автономный университет Барселоны, Испания

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Мы рассматриваем квантовую систему, которая постоянно контролируется и генерирует измерительный сигнал. Из такого потока данных необходимо получить информацию о динамике базовой системы. Здесь мы фокусируемся на проблемах проверки гипотез и предлагаем использовать последовательные стратегии, в которых сигнал анализируется в реальном времени, что позволяет завершить эксперимент, как только основная гипотеза может быть идентифицирована с сертифицированной предписанной вероятностью успеха. Мы анализируем производительность последовательных тестов, изучая поведение времени остановки, показывая значительное преимущество перед используемыми в настоящее время стратегиями, основанными на фиксированном заранее определенном времени измерения.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Маркус Аспельмейер, Тобиас Дж. Киппенберг и Флориан Марквардт. «Резонаторная оптомеханика». Преподобный Мод. Физ. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] Джеймс Миллен, Таня С. Монтейро, Роберт Петтит и А. Ник Вамивакас. «Оптомеханика с левитирующими частицами». Отчеты о прогрессе в физике 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] Джон Китчинг, Свенья Кнаппе и Элизабет А. Донли. «Атомные сенсоры – обзор». Журнал IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2157679

[4] Дмитрий Будкер и Михаил Ромалис. «Оптическая магнитометрия». Физика природы 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Бэй-Бей Ли, Линфэн Оу, Юэчен Лэй и Юн-Чун Лю. «Оптико-механическое зондирование полостей». Нанофотоника 10, 2799–2832 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1515 / nanoph-2021-0256

[6] Пардип Кумар, Тушар Бисвас, Кристиан Фелис, Рина Канамото, М.-С. Чанг, Ананд К. Джа и М. Бхаттачарья. «Резонаторно-оптомеханическое зондирование и манипулирование атомным постоянным током». Физ. Преподобный Летт. 127, 113601 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.113601

[7] Шабир Барзанье, Андре Сюреб, Саймон Грёблахер, Мауро Патерностро, Синди А. Регал и Ева М. Вейг. «Оптомеханика для квантовых технологий». Физика природы 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] Джон Китчинг. «Атомные устройства размером с чип». Обзоры прикладной физики 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] Б.П. и др. Эбботт. «Наблюдение гравитационных волн от слияния двойных черных дыр». Физ. Преподобный Летт. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Морган В. Митчелл и Сильвана Паласиос Альварес. «Коллоквиум: Квантовые пределы энергетического разрешения датчиков магнитного поля». Преподобный Мод. Физ. 92, 021001 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.021001

[11] Мингкан Ван, Диего Дж. Перес-Морело, Георг Рамер, Жорж Павлидис, Джеффри Дж. Шварц, Лия Ю, Роберт Илич, Андреа Сентроне и Владимир Аксюк. «Борьба с тепловым шумом при измерении динамического сигнала с помощью оптомеханического датчика с нанополостью». Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://doi.org/10.1126/sciadv.adf7595

[12] Его Величество Уайзман и Дж. Дж. Милберн. «Квантовая теория квадратурных измерений поля». Физ. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Говард М. Уайзман и Джерард Дж. Милберн. «Квантовые измерения и контроль». Издательство Кембриджского университета. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Стефан Форстнер, Йоахим Книттель, Эоин Шеридан, Джон Д. Сваим, Халина Рубинштейн-Данлоп и Уорвик П. Боуэн. «Чувствительность и характеристики резонаторных оптико-механических датчиков поля». Фотонные сенсоры 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Манкей Цанг. «Непрерывная проверка квантовых гипотез». Физ. Преподобный Летт. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[16] Сорен Гаммельмарк и Клаус Мёлмер. «Вывод байесовских параметров из постоянно контролируемых квантовых систем». Физ. Ред. А 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Курт Джейкобс. «Квантовая теория измерений и ее приложения». Издательство Кембриджского университета. (2014).

[18] Клаус Мёльмер. «Проверка гипотез с помощью открытых квантовых систем». Письма о физическом обзоре 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Франческо Альбарелли, Маттео А.К. Росси, Маттео Г.А. Пэрис и Марко Дж. Дженони. «Предельные пределы квантовой магнитометрии посредством непрерывных во времени измерений». Новый физический журнал 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Александр Хольм Кюллерих и Клаус Мёлмер. «Проверка гипотез с помощью постоянно контролируемой квантовой системы». Физическое обозрение А 98, 022103 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022103

[21] Джейсон Ф. Ральф, Марко Торош, Саймон Маскелл, Курт Джейкобс, Муддассар Рашид, Эшли Дж. Сеттер и Хендрик Ульбрихт. «Выбор динамической модели вблизи квантово-классической границы». Физ. Ред. А 98, 010102 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.010102

[22] Рикардо Хименес-Мартинес, Ян Колодински, Хариклея Труллину, Вито Джованни Лучиверо, Цзя Конг и Морган В. Митчелл. «Отслеживание сигнала за пределами временного разрешения атомного датчика с помощью фильтрации Калмана». Физ. Преподобный Летт. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Цзин Лю, Хайдун Юань, Сяо-Мин Лу и Сяогуан Ван. «Квантовая информационная матрица Фишера и многопараметрическая оценка». Журнал физики A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Юлия Аморос-Бинефа и Ян Колодиньски. «Шумная атомная магнитометрия в реальном времени». Новый физический журнал 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Марта Мария Маркезе, Алессио Беленчиа и Мауро Патерностро. «Оптомеханическая квантовая теория оценки моделей коллапса». Энтропия 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Гарри Л. Ван Трис. «Теория обнаружения, оценки и модуляции, часть I». Уайли-Интерсайенс. (2001). 1 издание.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Питер Бастиан Обер. «Последовательный анализ: проверка гипотез и обнаружение точек изменений». Журнал прикладной статистики 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Авраам Вальд. «Последовательный анализ». Курьерская корпорация. (2004).

[29] Эстебан Мартинес Варгас, Кристоф Хирче, Гаэль Сентис, Михалис Скотиниотис, Марта Каррисо, Рамон Муньос Тапиа и Джон Кальсамилья. «Квантовая последовательная проверка гипотез». Физ. Преподобный Летт. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Юнлун Ли, Винсент Ю. Ф. Тан и Марко Томамичел. «Оптимальные адаптивные стратегии последовательной проверки квантовых гипотез». Коммуникации по математической физике 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Томас М. Ковер и Джой А. Томас. «Элементы теории информации (хитрый ряд по телекоммуникациям и обработке сигналов)». Уайли-Интерсайенс. США (2006).

[32] А. Вальд. «Последовательная проверка статистических гипотез». Анналы математической статистики 16, 117–186 (1945).
https: / / doi.org/ 10.1214 / АОМ / 1177731118

[33] Сергей Слюсаренко, Морган М. Уэстон, Джун-Ганг Ли, Николас Кэмпбелл, Говард М. Уайзман и Джефф Дж. Прайд. «Дискриминация квантового состояния с использованием минимального среднего числа копий». Письма о физическом обзоре 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] А. Уолд и Дж. Вулфовиц. «Оптимальный характер последовательного теста отношения вероятностей». Анналы математической статистики 19, 326–339 ​​(1948). URL: https://www.jstor.org/stable/2235638.
HTTPS: / / www.jstor.org/ стабильный / 2235638

[35] Вячеслав Петрович Белавкин. «Неразрушающие измерения, нелинейная фильтрация и динамическое программирование квантовых стохастических процессов». Остин Блакьер, редактор журнала «Моделирование и управление системами». Страницы 245–265. Springer Berlin Heidelberg, Берлин, Гейдельберг (1989).

[36] Гопинатх Каллианпур. «Теория стохастической фильтрации». Том 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Тайрон Эдвард Дункан. «Плотности вероятности диффузионных процессов с приложениями к теории нелинейной фильтрации и теории обнаружения». Стэндфордский Университет. (1967).

[38] Ричард Эдгар Мортенсен. «Оптимальное управление стохастическими системами с непрерывным временем». Калифорнийский университет, Беркли. (1966).

[39] Урош Делич, Мануэль Райзенбауэр, Кахан Даре, Дэвид Грасс, Владан Вулетич, Николай Кизель и Маркус Аспельмейер. «Охлаждение левитирующей наночастицы до основного состояния квантового движения». Наука 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Массимилиано Росси, Лука Манчино, Габриэль Т. Ланди, Мауро Патерностро, Альберт Шлиссер и Алессио Беленчиа. «Экспериментальная оценка производства энтропии в непрерывно измеряемом механическом резонаторе». Физ. Преподобный Летт. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Доэрти и К. Джейкобс. «Управление квантовыми системами с обратной связью с использованием непрерывной оценки состояния». физ. Ред. А 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Алессио Серафини. «Квантовые непрерывные переменные: учебник теоретических методов». ЦРК Пресс. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[43] Кристиан Видбрук, Стефано Пирандола, Рауль Гарсия-Патрон, Николас Дж. Серф, Тимоти С. Ральф, Джеффри Х. Шапиро и Сет Ллойд. «Гауссова квантовая информация». Преподобный Мод. физ. 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] Людовико Лами Марко Дж. Дженони и Алессио Серафини. «Условная и безусловная гауссовская квантовая динамика». Современная физика 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] Р.Э. Кальман и Р.С. Бьюси. «Новые результаты в теории линейной фильтрации и прогнозирования». Журнал фундаментальной инженерии 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Марко Фаницца, Кристоф Хирче и Джон Кальсамилья. «Предельные пределы для самого быстрого обнаружения точки квантового изменения». Письма о физическом обзоре 131, 020602 (2023 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

[47] Ханнес Рискен и Ханнес Рискен. «Уравнение Фоккера-Планка». Спрингер. (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61544-3

[48] А. Шорковский, А.С. Доэрти, Г.И. Харрис и В.П. Боуэн. «Механическое сжатие посредством параметрического усиления и слабого измерения». Физ. Преподобный Летт. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Эндрю К. Доэрти, А. Шорковски, Г. И. Харрис и В. П. Боуэн. «Возвращение к квантовому траекторному подходу к управлению генератором с помощью квантовой обратной связи». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки 370, 5338–5353 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0531

[50] Массимилиано Росси, Дэвид Мейсон, Цзюньсин Чен, Егише Цатурян и Альберт Шлиссер. «Квантовый контроль механического движения на основе измерений». Природа 563, 53–58 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0643-8

[51] М. Билкис. «Гитхаб». https://github.com/matibilkis/qmonsprt (2020).
https://github.com/matibilkis/qmonsprt

[52] Д. Казакос и П. Папантони-Казакос. «Меры спектрального расстояния между гауссовскими процессами». Транзакции IEEE по автоматическому управлению 25, 950–959 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.1980.1102475

[53] Алессио Фаллани, Маттео А. С. Росси, Дарио Тамачелли и Марко Г. Дженони. «Изучение стратегий управления с обратной связью для квантовой метрологии». PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Цитируется

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал