Sekventiell hypotestestning för kontinuerligt övervakade kvantsystem

Sekventiell hypotestestning för kontinuerligt övervakade kvantsystem

Tidsstämpel: 20 mars 2024 11:08
Sekventiell hypotestestning för kontinuerligt övervakade kvantsystem PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Giulio Gasbarri1, Matias Bilkis1,2, Elisabet Roda-Salichs1och John Calsamiglia1

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

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi betraktar ett kvantsystem som kontinuerligt övervakas, vilket ger upphov till en mätsignal. Från en sådan dataström måste information utläsas om det underliggande systemets dynamik. Här fokuserar vi på hypotestestningsproblem och lägger fram användningen av sekventiella strategier där signalen analyseras i realtid, vilket gör att experimentet kan avslutas så snart den underliggande hypotesen kan identifieras med en certifierad föreskriven framgångsannolikhet. Vi analyserar prestandan för sekventiella tester genom att studera stopptidsbeteendet, vilket visar en avsevärd fördel jämfört med för närvarande använda strategier baserat på en fast förutbestämd mättid.

► BibTeX-data

► Referenser

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

[2] James Millen, Tania S Monteiro, Robert Pettit och A Nick Vamivakas. "Optomekanik med leviterade partiklar". Reports on Progress in Physics 83, 026401 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6633 / ab6100

[3] John Kitching, Svenja Knappe och Elizabeth A. Donley. "Atomsensorer - en recension". IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

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

[5] Bei-Bei Li, Lingfeng Ou, Yuechen Lei och Yong-Chun Liu. "Kavitets optomekanisk avkänning". 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 och M. Bhattacharya. "Kavitets optomekanisk avkänning och manipulering av en atomär ihållande ström". 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 och Eva M. Weig. "Optomekanik för kvantteknik". Nature Physics 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] John Kitching. "Chip-skala atomära enheter". Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP et al Abbott. "Observation av gravitationsvågor från en binär sammanslagning av svarta hål". Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Morgan W. Mitchell och Silvana Palacios Alvarez. "Colloquium: Quantum limits to the energy resolution of magnetic field sensors". 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 och Vladimir A. Aksyuk. "Slå termiskt brus i en dynamisk signalmätning av en nanotillverkad optomekanisk sensor". Science Advances 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] HM Wiseman och GJ Milburn. "Kvantumteori för fält-kvadraturmätningar". Phys. Rev. A 47, 642-662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Howard M Wiseman och Gerard J Milburn. "Kvantmätning och kontroll". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948

[14] Stefan Forstner, Joachim Knittel, Eoin Sheridan, Jon D. Swaim, Halina Rubinsztein-Dunlop och Warwick P. Bowen. "Känslighet och prestanda för kavitets optomekaniska fältsensorer". Photonic Sensors 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

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

[16] Søren Gammelmark och Klaus Mølmer. "Bayesiansk parameterinferens från kontinuerligt övervakade kvantsystem". Phys. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Kurt Jacobs. "Kvantmätningsteori och dess tillämpningar". Cambridge University Press. (2014).

[18] Klaus Mølmer. "Hypotestestning med öppna kvantsystem". Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Francesco Albarelli, Matteo AC Rossi, Matteo GA Paris och Marco G Genoni. "Yttersta gränser för kvantmagnetometri via tidskontinuerliga mätningar". New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1088 / ⠀ <1367-2630 / ⠀ <aa9840

[20] Alexander Holm Kiilerich och Klaus Mølmer. "Hypotestestning med ett kontinuerligt övervakat kvantsystem". Fysisk granskning 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 och Hendrik Ulbricht. "Dynamiskt modellval nära den kvantklassiska gränsen". 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 och Morgan W. Mitchell. "Signalspårning bortom tidsupplösningen för en atomsensor genom kalman-filtrering". Phys. Rev. Lett. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Jing Liu, Haidong Yuan, Xiao-Ming Lu och Xiaoguang Wang. "Quantum Fisher informationsmatris och multiparameteruppskattning". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Júlia Amorós-Binefa och Jan Kołodyński. "Brusig atommagnetometri i realtid". New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Marta Maria Marchese, Alessio Belenchia och Mauro Paternostro. "Optomekanikbaserad kvantuppskattningsteori för kollapsmodeller". Entropy 25 (2023).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e25030500

[26] Harry L. Van Trees. "Detektions-, uppskattnings- och moduleringsteori, del I". Wiley-Interscience. (2001). 1 upplaga.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Pieter Bastiaan Ober. "Sekventiell analys: hypotestestning och ändringspunktsdetektion". Journal of Applied Statistics 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Abraham Wald. "Sekventiell analys". Courier Corporation. (2004).

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

[30] Yonglong Li, Vincent YF Tan och Marco Tomamichel. "Optimala adaptiva strategier för sekventiell kvanthypotestestning". Communications in Mathematical Physics 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Thomas M. Cover och Joy A. Thomas. "Element av informationsteori (wiley-serier inom telekommunikation och signalbehandling)". Wiley-Interscience. USA (2006).

[32] A. Wald. "Sekventiella tester av statistiska 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 och Geoff J. Pryde. "Kvanttillståndsdiskriminering som använder det minsta genomsnittliga antalet kopior". Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] A. Wald och J. Wolfowitz. "Optimal karaktär för det sekventiella sannolikhetsförhållandetestet". 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. "Nodemolition mätningar, olinjär filtrering och dynamisk programmering av kvant stokastiska processer". I Austin Blaquiére, redaktör, Modellering och kontroll av system. Sidorna 245–265. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (1989).

[36] Gopinath Kallianpur. "Stokastisk filtreringsteori". Volym 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Tyrone Edward Duncan. "Sannolikhetstätheter för diffusionsprocesser med tillämpningar till icke-linjär filtreringsteori och detektionsteori". Stanford University. (1967).

[38] Richard Edgar Mortensen. "Optimal kontroll av kontinuerliga stokastiska system". University of California, Berkeley. (1966).

[39] Uroš Delić, Manuel Reisenbauer, Kahan Dare, David Grass, Vladan Vuletić, Nikolai Kiesel och Markus Aspelmeyer. "Kylning av en leviterad nanopartikel till rörelsekvantgrundtillståndet". Science 367, 892–895 (2020).
https://​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Massimiliano Rossi, Luca Mancino, Gabriel T. Landi, Mauro Paternostro, Albert Schliesser och Alessio Belenchia. "Experimentell bedömning av entropiproduktion i en kontinuerligt uppmätt mekanisk resonator". Phys. Rev. Lett. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] AC Doherty och K. Jacobs. "Feedback-kontroll av kvantsystem med hjälp av kontinuerlig tillståndsuppskattning". Phys. Rev. A 60, 2700-2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Alessio Serafini. "Kontinuerliga kvantvariabler: en primer av teoretiska metoder". CRC tryck. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

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

[44] Ludovico Lami Marco G. Genoni och Alessio Serafini. "Villkorlig och ovillkorlig gaussisk kvantdynamik". Contemporary Physics 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman och RS Bucy. "Nya resultat inom linjär filtrering och prediktionsteori". Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Marco Fanizza, Christoph Hirche och John Calsamiglia. "Ultimativa gränser för snabbaste kvantändringspunktsdetektion". Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

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

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris och WP Bowen. "Mekanisk klämning via parametrisk förstärkning och svag mätning". Phys. Rev. Lett. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Andrew C. Doherty, A. Szorkovszky, GI Harris och WP Bowen. "Kvantbanan tillvägagångssätt för kvantåterkopplingskontroll av en oscillator återbesökt". 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 och Albert Schliesser. "Mätningsbaserad kvantkontroll av mekanisk rörelse". 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 och P. Papantoni-Kazakos. "Spektrala avståndsmått mellan Gaussiska processer". 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 och Marco G. Genoni. "Lära sig feedbackkontrollstrategier för kvantmetrologi". PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Citerad av

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal