Zaporedno testiranje hipotez za kvantne sisteme z neprekinjenim spremljanjem

Zaporedno testiranje hipotez za kvantne sisteme z neprekinjenim spremljanjem

Časovni žig: 20. marec 2024 11
Sequential hypothesis testing for continuously-monitored quantum systems PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1in John Calsamiglia1

1Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quantics, Department de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Španija
2Center za računalniški vid, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​Španija

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Upoštevamo kvantni sistem, ki ga nenehno spremljamo, kar povzroča merilni signal. Iz takega toka podatkov je treba sklepati o informacijah o dinamiki osnovnega sistema. Tukaj se osredotočamo na težave pri testiranju hipotez in predlagamo uporabo zaporednih strategij, kjer se signal analizira v realnem času, kar omogoča, da se poskus zaključi takoj, ko je mogoče identificirati osnovno hipotezo s certificirano predpisano verjetnostjo uspeha. Analiziramo uspešnost zaporednih testov s preučevanjem vedenja časa zaustavitve, kar kaže na znatno prednost pred trenutno uporabljenimi strategijami, ki temeljijo na fiksnem vnaprej določenem času merjenja.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg in Florian Marquardt. "Optomehanika votlin". Rev. Mod. Phys. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit in A Nick Vamivakas. “Optomehanika z levitiranimi delci”. Poročila o napredku v fiziki 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe in Elizabeth A. Donley. “Atomski senzorji – pregled”. IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Dmitry Budker in Michael Romalis. "Optična magnetometrija". Nature Physics 3, 227–234 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys566

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei in Yong-Chun Liu. "Optomehansko zaznavanje votline". Nanofotonika 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 in M. Bhattacharya. "Optomehansko zaznavanje votline in manipulacija atomskega obstojnega toka". 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 in Eva M. Weig. “Optomehanika za kvantne tehnologije”. Fizika narave 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. "Atomske naprave na čipu". Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP et al. Abbott. "Opazovanje gravitacijskih valov iz združitve binarne črne luknje". Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell in Silvana Palacios Alvarez. “Kolokvij: Kvantne meje energijske ločljivosti senzorjev magnetnega polja”. 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 in Vladimir A. Aksyuk. "Premaganje toplotnega hrupa pri dinamičnem merjenju signala z nanoizdelanim optomehanskim senzorjem z votlino". Znanstveni napredek 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman in GJ Milburn. “Kvantna teorija kvadraturnih meritev polja”. Phys. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman in Gerard J Milburn. "Kvantno merjenje in nadzor". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop in Warwick P. Bowen. "Občutljivost in zmogljivost optomehanskih senzorjev polja v votlini". Fotonski senzorji 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

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

[16] Søren Gammelmark in Klaus Mølmer. "Bayesovo sklepanje parametrov iz nenehno nadzorovanih kvantnih sistemov". Phys. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. “Kvantna merilna teorija in njene aplikacije”. Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Mølmer. "Preizkušanje hipotez z odprtimi kvantnimi sistemi". Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris in Marco G Genoni. "Končne meje za kvantno magnetometrijo prek časovno neprekinjenih meritev". New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich in Klaus Mølmer. "Preizkušanje hipotez s stalno spremljanim kvantnim sistemom". Physical Review 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 in Hendrik Ulbricht. "Dinamična izbira modela blizu kvantno-klasične meje". 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 in Morgan W. Mitchell. "Sledenje signalom prek časovne ločljivosti atomskega senzorja s kalmanovim filtriranjem". Phys. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu in Xiaoguang Wang. "Kvantna ribiška informacijska matrika in večparametrska ocena". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa in Jan Kołodyński. "Hrupna atomska magnetometrija v realnem času". New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia in Mauro Paternostro. “Teorija kvantne ocene na osnovi optomehanike za modele kolapsa”. Entropija 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Trees. “Teorija zaznavanja, ocenjevanja in modulacije, I. del”. Wiley-Interscience. (2001). 1 izdaja.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. "Sekvenčna analiza: testiranje hipotez in odkrivanje točk sprememb". Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. "Sekvenčna analiza". Courier Corporation. (2004).

[29] Esteban Martínez Vargas, Christoph Hirche, Gael Sentís, Michalis Skotiniotis, Marta Carrizo, Ramon Muñoz Tapia in John Calsamiglia. "Kvantno zaporedno testiranje hipotez". Phys. Rev. Lett. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan in Marco Tomamichel. »Optimalne prilagodljive strategije za zaporedno kvantno testiranje hipotez«. Sporočila v matematični fiziki 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover in Joy A. Thomas. “Elementi informacijske teorije (wileyeve vrste v telekomunikacijah in obdelavi signalov)”. Wiley-Interscience. ZDA (2006).

[32] A. Wald. "Zaporedni testi statističnih hipotez". 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 in Geoff J. Pryde. "Razlikovanje kvantnega stanja z uporabo najmanjšega povprečnega števila kopij". Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald in J. Wolfowitz. »Optimalni značaj testa zaporednega razmerja verjetnosti«. Annals of Mathematical Statistics 19, 326–339 ​​(1948). url: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https: / / www.jstor.org/ hlev / 2235638

[35] Vjačeslav P. Belavkin. “Nerušilne meritve, nelinearno filtriranje in dinamično programiranje kvantnih stohastičnih procesov”. V Austin Blaquiére, urednik, Modeliranje in nadzor sistemov. Strani 245–265. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. “Teorija stohastičnega filtriranja”. Zvezek 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. "Gostote verjetnosti za difuzijske procese z aplikacijami za teorijo nelinearnega filtriranja in teorijo zaznavanja". Univerza Stanford. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. “Optimalno vodenje zveznih stohastičnih sistemov”. Univerza v Kaliforniji, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel in Markus Aspelmeyer. "Hlajenje levitiranega nanodelca v osnovno kvantno stanje gibanja". Znanost 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser in Alessio Belenchia. “Eksperimentalna ocena proizvodnje entropije v zvezno merjenem mehanskem resonatorju”. Phys. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty in K. Jacobs. “Kontrola kvantnih sistemov s povratnimi informacijami z uporabo zvezne ocene stanja”. Phys. Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. “Kvantne zvezne spremenljivke: začetnica teoretičnih metod”. CRC tisk. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[43] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolas J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro in Seth Lloyd. "Gaussova kvantna informacija". Rev. Mod. Phys. 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni in Alessio Serafini. “Pogojna in brezpogojna Gaussova kvantna dinamika”. Sodobna fizika 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman in RS Bucy. »Novi rezultati linearnega filtriranja in teorije napovedovanja«. Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche in John Calsamiglia. »Končne meje za najhitrejše kvantno zaznavanje točk spremembe«. Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

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

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris in WP Bowen. "Mehansko stiskanje prek parametričnega ojačanja in šibke meritve". Phys. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris in WP Bowen. "Ponovni pregled pristopa kvantne trajektorije k kvantnemu povratnemu nadzoru oscilatorja". 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 in Albert Schliesser. "Kvantni nadzor mehanskega gibanja na podlagi meritev". Narava 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 in P. Papantoni-Kazakos. Mere spektralne razdalje med Gaussovimi procesi. 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 in Marco G. Genoni. "Učenje povratnih krmilnih strategij za kvantno meroslovje". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Navedel

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal