Multiparameter quantum metrology with bright solitons

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We consider the problem of quantum metrology with simultaneous measurement of several phase parameters in the framework of current tendencies of development of alternative navigation. The fundamental limits of linear and nonlinear metrology are studied. The effect of losses on the accuracy of quantum metrology for several parameters is revealed. A realistic scenario for preparing three-mode NooN states using atomic bright solitons is proposed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. P. Alodjants

ITMO National Research University; Southern Ural State University

Author for correspondence.
Email: alexander_ap@list.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Chelyabinsk

D. V. Tsarev

ITMO National Research University; Southern Ural State University

Email: alexander_ap@list.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Chelyabinsk

S. V. Osipov

Cherepovets State University

Email: alexander_ap@list.ru
Russian Federation, Cherepovets

M. S. Podoshvedov

Southern Ural State University; Kazan National Research Technical University

Email: alexander_ap@list.ru
Russian Federation, Chelyabinsk; Kazan

S. P. Kulik

Southern Ural State University; Lomonosov Moscow State University

Email: alexander_ap@list.ru
Russian Federation, Chelyabinsk; Moscow

References

  1. Pezzé L., Smerzi A., Oberthaler M.K. et al. // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. Art. No. 035005.
  2. Degen C.L., Reinhard F., Cappellaro P. // Rev. Mod. Phys. 2017. V. 89. Art. No. 035002.
  3. Crawford S.E., Shugayev R.A., Paudel H.P. et al. // Adv. Quantum Technol. 2021. V. 4. Art. No. 2100049.
  4. Bongs K., Holynski M., Vovrosh J. et al. // Nature Rev. Phys. 2019. V. 1. P. 731.
  5. Abend S., Allard B., Arnold A.S. et al. // AVS Quantum Sci. 2023. V. 5. No. 1. Art. No. 019201.
  6. Ludlow A.D., Boyd M.M., Ye J. et al. // Rev. Mod. Phys. 2015. V. 87 P. 2.
  7. Mitchell M.W., Alvarez S.P. // Rev. Mod. Phys. 2020. V. 92. No. 2. Art. No. 021001.
  8. Templier S., Cheiney P., D’Armagnac De Castanet Q. // Sci. Advances. 2022. V. 8. Art. No. eadd3854.
  9. Bloch I. // Nature Physics. 2005. V. 1. No. 1. P. 23.
  10. Сазонов С.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2022. Т. 86. № 6. С. 766; Sazonov S. V. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. No. 6. P. 643.
  11. Afanasiev A.E., Kalmykov A.S., Kirtaev R.V. et al. // Opt. Laser Tech. 2022. V. 148. Art. No. 107698.
  12. Sewell R.J., Dingjan J., Baumgärtner F. et al. // J. Physics B. 2010. V. 43. No. 5. Art. No. 051003.
  13. Царёв Д.В., Нго Т.В., Алоджанц А.П. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 3. С. 332; Tsarev D.V., Ngo V.T., Alodjants A.P. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. No. 3. P. 257.
  14. Сазонов С.В., Устинов Н.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 1. С. 11; Sazonov S.V., Ustinov N.V. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. No. 1. P. 5.
  15. Touboul P., Métris G., Rodrigues M. et al. // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 129. No. 12. Art. No. 121102.
  16. Anglin J.R., Vardi A. // Phys. Rev. A. 2001. V. 64. No. 5. Art. No. 013605.
  17. Калинович А.А., Захарова И.Г. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 12. С. 1701; Kalinovich A.A., Zakharova I.G. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 12. P. 1785.
  18. Joo J., Park K., Jeong H. et al. // Phys. Rev. A. 2012. V. 86. Art. No. 043828.
  19. Dowling L.P. // Cont. Phys. 2008. V. 49. P. 125.
  20. Birrittella R.J., Alsing P.M., Gerry C. C. // AVS Quantum Sci. 2021. V. 3. Art. No. 014701.
  21. Tsarev D.V., Arakelian S.M., Chuang Y.-L. et al. // Opt. Express. 2018. V. 26. Art. No. 19583.
  22. Maldonado-Mundo D., Luis A. // Phys. Rev. A. 2009. V. 80. Art. No. 063811.
  23. Napolitano M., Mitchell M.W. // New J. Phys. 2010. V. 12. Art. No. 09301.
  24. Tsarev D.V., Ngo T.V., Lee R.-K., Alodjants A.P. // New J. Phys. 2019. V. 21 Art. No. 083041.
  25. Alodjants A.P., Tsarev D.V., Ngo T.V., Lee R.-K. // Phys. Rev. A. 2022. V. 105. Art. No. 012606.
  26. Liu J., Lu X.M., Sun Z., Wang X. // J. Phys. A. 2016. V. 49. Art. No. 115302.
  27. Gessner M., Pezzé L., Smerzi A. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 121. Art. No. 130503.
  28. Humphreys P.C., Barbieri M., Datta A., Walm-sley I.A. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 111. Art. No. 070403.
  29. Demkowicz-Dobrzanski R., Dorner U., Smith B.J. et al. // Phys. Rev. A. 2009. V. 80. Art. No. 013825.
  30. Raghavan S., Agrawan G.P. // J. Mod. Optics. 2000. V. 47. P. 1155.
  31. Tsarev D., Alodjants A., Lee R.-K. // New J. Physics. 2020. V. 22. No. 11. Art. No. 113016.
  32. Tsarev D., Osipov S., Lee R.-K. et al. // Phys. Rev. A. 2023. V. 108. Art. No. 062612.
  33. Dorner U., Demkowicz-Dobrzanski R., Smith B. J. et al. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. Art. No. 040403.
  34. Humphreys P.C., Barbieri M., Datta A., Walmsley I.A. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 111. Art. No. 070403.
  35. Khaykovich L., Schreck F., Ferrari G. et al. // Science. 2002. V. 296. P. 1290.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of multiparameter quantum metrology with solitons. |ψin> is a trial multiparticle state of quantum solitons, which evolves with the accumulation of phases φj containing information about the measured parameters χj (j = 1, ..., d). The operator denotes the linear transformations that allow the construction of a procedure for measuring and estimating the unknown parameters. Details are given in the text

Download (59KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. TMSDK ground state distributions at (a) Λ = 0; (b) Λ = Λcr = 3.34087496; (c) Λ = 3.345. N = 40

Download (124KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the ultimate measurement error σ(1) on the control parameter Λ in the vicinity of the critical point Λ = Λcr for linear quantum metrology using solitons. The particle loss is characterised by the deviation of the FDP transparency coefficient η from unity. The number of particles is N = 40. The limit linear quantum metrology is characterised by the SCP and CIP, which are indicated by the dashed lines. The black dotted line denotes the accuracy of linear metrology achieved using optimal states, while the thin solid black line corresponds to the PG σPG = 1 / N

Download (102KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».