Послідовна перевірка гіпотез для квантових систем з безперервним моніторингом

Послідовна перевірка гіпотез для квантових систем з безперервним моніторингом

Мітка часу: 20 березня 2024 р., 11:08
Sequential hypothesis testing for continuously-monitored quantum systems PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Джуліо Гасбаррі1, Матіас Білкіс1,2, Елізабет Рода-Салічс1і Джон Кальсамілья1

1Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Department de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Барселона), Іспанія
2Центр комп’ютерного зору, Автономний університет Барселони, Іспанія

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Ми розглядаємо квантову систему, яка постійно контролюється, що породжує сигнал вимірювання. З такого потоку даних необхідно отримати інформацію про динаміку основної системи. Тут ми зосереджуємося на проблемах перевірки гіпотез і пропонуємо використання послідовних стратегій, коли сигнал аналізується в режимі реального часу, що дозволяє завершити експеримент, як тільки можна буде ідентифікувати основну гіпотезу із сертифікованою ймовірністю успіху. Ми аналізуємо продуктивність послідовних тестів, вивчаючи поведінку часу зупинки, демонструючи значну перевагу над поточними стратегіями, заснованими на фіксованому попередньо визначеному часі вимірювання.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Маркус Аспельмейер, Тобіас Дж. Кіппенберг і Флоріан Марквардт. «Оптомеханіка порожнини». Rev. Mod. фіз. 86, 1391–1452 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[2] Джеймс Міллен, Таня С. Монтейро, Роберт Петтіт та А. Нік Вамівакас. «Оптомеханіка з левітованими частинками». Звіти про прогрес у фізиці 83, 026401 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab6100

[3] Джон Кітчінг, Свенья Кнаппе та Елізабет А. Донлі. “Атомні датчики – огляд”. IEEE Sensors Journal 11, 1749–1758 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​JSEN.2011.2157679

[4] Дмитро Будкер і Михайло Ромаліс. «Оптична магнітометрія». Nature Physics 3, 227–234 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nphys566

[5] Бей-Бей Лі, Лінфен Оу, Юечен Лей і Йон-Чун Лю. «Оптико-механічне зондування порожнини». Нанофотоніка 10, 2799–2832 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1515/​nanoph-2021-0256

[6] Пардіп Кумар, Тушар Бісвас, Крістіан Феліз, Ріна Канамото, М.-С. Чанг, Ананд К. Джа та М. Бхаттачарія. «Оптико-механічне зондування порожнини та маніпулювання атомним постійним струмом». фіз. Преподобний Летт. 127, 113601 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.113601

[7] Шабір Барзанжа, Андре Ксуереб, Саймон Греблахер, Мауро Патерностро, Сінді А. Регал та Єва М. Вейг. “Оптомеханіка для квантових технологій”. Фізика природи 18, 15–24 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01402-0

[8] Джон Кітчінг. «Чіпові атомні пристрої». Applied Physics Reviews 5, 031302 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5026238

[9] BP та ін. Abbott. «Спостереження гравітаційних хвиль від злиття подвійної чорної діри». фіз. Преподобний Летт. 116, 061102 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

[10] Морган У. Мітчелл і Сільвана Паласіос Альварес. «Колоквіум: Квантові межі енергетичної роздільної здатності датчиків магнітного поля». Rev. Mod. фіз. 92, 021001 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.021001

[11] Мінкан Ван, Дієго Дж. Перес-Морело, Георг Рамер, Жорж Павлідіс, Джеффрі Дж. Шварц, Лія Ю, Роберт Іліч, Андреа Сентроне та Володимир Аксюк. «Подолання теплового шуму в динамічному вимірюванні сигналу оптико-механічним сенсором із нанофабричною порожниною». Наукові досягнення 9, eadf7595 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.adf7595

[12] Г. М. Уайзман і Г. Дж. Мілберн. “Квантова теорія польових квадратурних вимірювань”. фіз. Rev. A 47, 642–662 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.642

[13] Говард М. Уайзман і Джерард Дж. Мілберн. “Квантові вимірювання та контроль”. Видавництво Кембриджського університету. (2009).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511813948

[14] Штефан Форстнер, Йоахім Кніттель, Еойн Шерідан, Джон Д. Свайм, Галіна Рубінштейн-Данлоп та Уорік П. Боуен. «Чутливість і продуктивність резонаторних оптомеханічних датчиків поля». Фотонні сенсори 2, 259–270 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13320-012-0067-2

[15] Манкей Цанг. «Безперервна квантова перевірка гіпотез». фіз. Преподобний Летт. 108, 170502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.170502

[16] Сьорен Гаммельмарк і Клаус Мьолмер. «Виведення байєсівських параметрів із безперервно контрольованих квантових систем». фіз. Rev. A 87, 032115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.032115

[17] Курт Джейкобс. “Квантова теорія вимірювання та її застосування”. Cambridge University Press. (2014).

[18] Клаус Мьолмер. «Перевірка гіпотез за допомогою відкритих квантових систем». Physical Review Letters 114, 040401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.040401

[19] Франческо Альбареллі, Маттео AC Россі, Маттео GA Паріс і Марко Дж. Дженоні. «Останні межі для квантової магнітометрії за допомогою безперервних вимірювань у часі». New Journal of Physics 19, 123011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa9840

[20] Олександр Хольм Кілеріх і Клаус Мьолмер. «Перевірка гіпотез за допомогою квантової системи, що постійно контролюється». Physical Review A 98, 022103 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022103

[21] Джейсон Ф. Ральф, Марко Торош, Саймон Маскелл, Курт Джейкобс, Муддассар Рашид, Ешлі Дж. Сеттер і Хендрік Ульбріхт. “Вибір динамічної моделі поблизу квантово-класичної межі”. фіз. Rev. A 98, 010102 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.010102

[22] Рікардо Хіменес-Мартінес, Ян Колодинський, Харіклея Тролліну, Віто Джованні Лучіверо, Цзя Конг і Морган У. Мітчелл. «Відстеження сигналу за межами часової роздільної здатності атомного датчика за допомогою фільтрації Калмана». фіз. Преподобний Летт. 120, 040503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040503

[23] Цзін Лю, Хайдун Юань, Сяо-Мін Лу та Сяогуан Ван. «Квантова інформаційна матриця Фішера та багатопараметрична оцінка». Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 023001 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ab5d4d

[24] Юлія Аморос-Бінефа та Ян Колодинський. «Шумна атомна магнітометрія в реальному часі». New Journal of Physics 23, 123030 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac3b71

[25] Марта Марія Маркезе, Алессіо Беленкіа та Мауро Патерностро. «Теорія квантової оцінки моделей колапсу на основі оптомеханіки». Ентропія 25 (2023).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e25030500

[26] Гаррі Л. Ван Тріс. «Теорія виявлення, оцінки та модуляції, частина I». Wiley-Interscience. (2001). 1 видання.
https: / / doi.org/ 10.1002 / 0471221082

[27] Пітер Бастіан Обер. «Послідовний аналіз: перевірка гіпотези та виявлення точки зміни». Журнал прикладної статистики 42, 2290–2290 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 02664763.2015.1015813

[28] Абрахам Вальд. «Послідовний аналіз». Кур'єрська корпорація. (2004).

[29] Естебан Мартінес Варгас, Крістоф Гірхе, Гаель Сентіс, Міхаліс Скотініотіс, Марта Каррізо, Рамон Муньос Тапіа та Джон Калсамілья. «Квантова послідовна перевірка гіпотез». фіз. Преподобний Летт. 126, 180502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.180502

[30] Юнлонг Лі, Вінсент Ю. Ф. Тан і Марко Томамічел. «Оптимальні адаптивні стратегії для послідовного квантового тестування гіпотез». Повідомлення в математичній фізиці 392, 993–1027 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-022-04362-5

[31] Томас М. Ковер і Джой А. Томас. “Елементи теорії інформації (ряди Вілі в телекомунікаціях та обробці сигналів)”. Wiley-Interscience. США (2006).

[32] А. Вальд. «Послідовні перевірки статистичних гіпотез». Annals of Mathematical Statistics 16, 117 – 186 (1945).
https://​/​doi.org/​10.1214/​aoms/​1177731118

[33] Сергій Слюсаренко, Морган М. Вестон, Джун-Ган Лі, Ніколас Кемпбелл, Говард М. Вайзмен і Джефф Дж. Прайд. «Квантова дискримінація стану з використанням мінімальної середньої кількості копій». Physical Review Letters 118, 030502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.030502

[34] А. Вальд і Й. Вулфовіц. «Оптимальний характер тесту послідовного співвідношення ймовірностей». Аннали математичної статистики 19, 326–339 ​​(1948). url: https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638.
https://​/​www.jstor.org/​stable/​2235638

[35] Бєлавкін В'ячеслав Павлович. «Неруйнівні вимірювання, нелінійна фільтрація та динамічне програмування квантових стохастичних процесів». В Остін Блак'єр, редактор, моделювання та управління системами. Сторінки 245–265. Springer Berlin Heidelberg, Берлін, Гейдельберг (1989).

[36] Гопінатх Калліанпур. “Теорія стохастичної фільтрації”. Том 13. Springer Science & Business Media. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / S0001867800031967

[37] Тайрон Едвард Дункан. “Щільності ймовірності процесів дифузії із застосуваннями до нелінійної теорії фільтрації та теорії виявлення”. Стенфордський університет. (1967).

[38] Річард Едгар Мортенсен. “Оптимальне керування неперервними стохастичними системами”. Каліфорнійський університет, Берклі. (1966).

[39] Урош Деліч, Мануель Райзенбауер, Кахан Даре, Девід Грасс, Владан Вулетич, Ніколай Кізель і Маркус Аспельмейер. «Охолодження левітованої наночастинки до рухомого квантового основного стану». Наука 367, 892–895 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.aba3993

[40] Массіміліано Россі, Лука Манчіно, Габріель Т. Ланді, Мауро Патерностро, Альберт Шліссер і Алессіо Беленкіа. “Експериментальна оцінка виробництва ентропії в безперервно вимірюваному механічному резонаторі”. фіз. Преподобний Летт. 125, 080601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.080601

[41] А. С. Догерті та К. Джейкобса. “Керування квантовими системами зі зворотним зв’язком за допомогою безперервної оцінки стану”. фіз. Rev. A 60, 2700–2711 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.2700

[42] Алессіо Серафіні. “Квантові безперервні змінні: основа теоретичних методів”. CRC press. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727

[43] Крістіан Відбрук, Стефано Пірандола, Рауль Гарсія-Патрон, Ніколас Дж. Серф, Тімоті С. Ральф, Джеффрі Х. Шапіро та Сет Ллойд. “Квантова інформація Гауса”. Rev. Mod. фіз. 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] Людовіко Ламі Марко Дж. Дженоні та Алессіо Серафіні. “Умовна та безумовна квантова динаміка Гауса”. Сучасна фізика 57, 331–349 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2015.1125624

[45] RE Kalman і RS Bucy. «Нові результати в теорії лінійної фільтрації та прогнозування». Journal of Basic Engineering 83, 95–108 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1115 / 1.3658902

[46] Марко Фаніцца, Крістоф Гірхе та Джон Кальсамілья. «Останні межі для найшвидшого квантового виявлення точки зміни». Physical Review Letters 131, 020602 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.020602

[47] Ганнес Ріскен і Ганнес Ріскен. «Рівняння Фоккера-Планка». Спрингер. (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61544-3

[48] A. Szorkovszky, AC Doherty, GI Harris і WP Bowen. «Механічне стискання через параметричне посилення та слабке вимірювання». фіз. Преподобний Летт. 107, 213603 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.213603

[49] Ендрю С. Доерті, А. Шорковський, Г. І. Гарріс і В. П. Боуен. «Перегляд підходу квантової траєкторії до квантового зворотного зв’язку осцилятора». Філософські праці Королівського товариства A: Математичні, фізичні та інженерні науки 370, 5338–5353 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1098/​rsta.2011.0531

[50] Массіміліано Россі, Девід Мейсон, Цзюнсінь Чен, Єгіше Цатурян і Альберт Шліссер. «Квантове керування механічним рухом на основі вимірювань». Nature 563, 53–58 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0643-8

[51] М. Білкіс. «Github». https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt (2020).
https://​/​github.com/​matibilkis/​qmonsprt

[52] Д. Казакос і П. Папантоні-Казакос. «Спектральна відстань між гаусовими процесами». IEEE Transactions on Automatic Control 25, 950–959 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TAC.1980.1102475

[53] Алессіо Фаллані, Маттео AC Россі, Даріо Тамаскеллі та Марко Дж. Дженоні. «Навчання стратегіям контролю зі зворотним зв’язком для квантової метрології». PRX Quantum 3, 020310 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020310

Цитується

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал