Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Metrological usefulness of entanglement and nonlinear Hamiltonians

Published 24 May 2024 in quant-ph | (2405.15703v2)

Abstract: A central task in quantum metrology is to exploit quantum correlations to outperform classical sensitivity limits. Metrologically useful entanglement is identified when the quantum Fisher information (QFI) exceeds a separability bound for a given parameter-encoding Hamiltonian. However, so far, only results for linear Hamiltonians are well-established. Here, we characterize metrologically useful entanglement for nonlinear Hamiltonians, presenting separability bounds for collective angular momenta. Also, we provide a general expression for entangled states maximizing the QFI, which can be written as the superposition between the GHZ-like and singlet states. Finally, we compare the metrological usefulness of linear and nonlinear cases, in terms of entanglement detection and random symmetric states.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (61)
  1. O. Gühne and G. Tóth, Physics Reports 474, 1 (2009).
  2. N. Laflorencie, Physics Reports 646, 1 (2016).
  3. G. De Chiara and A. Sanpera, Reports on Progress in Physics 81, 074002 (2018).
  4. I. Buluta and F. Nori, Science 326, 108 (2009).
  5. A. Browaeys and T. Lahaye, Nature Physics 16, 132 (2020).
  6. R. Cleve, D. Gottesman, and H.-K. Lo, Physical Review Letters 83, 648 (1999).
  7. M. Hillery, V. Bužek, and A. Berthiaume, Physical Review A 59, 1829 (1999).
  8. A. I. Lvovsky, B. C. Sanders, and W. Tittel, Nature Photonics 3, 706 (2009).
  9. H. J. Kimble, Nature 453, 1023 (2008).
  10. C. Simon, Nature Photonics 11, 678 (2017).
  11. S. Wehner, D. Elkouss, and R. Hanson, Science 362, eaam9288 (2018).
  12. P. W. Shor, Physical Review A 52, R2493 (1995).
  13. D. Gottesman, Physical Review A 54, 1862 (1996).
  14. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum computation and quantum information (Cambridge university press, 2010).
  15. R. Raussendorf and H. J. Briegel, Physical Review Letters 86, 5188 (2001).
  16. H. J. Briegel and R. Raussendorf, Physical Review Letters 86, 910 (2001).
  17. L. Pezzé and A. Smerzi, Physical Review Letters 102, 100401 (2009).
  18. G. Tóth, Physical Review A 85, 022322 (2012).
  19. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Nature Photonics 5, 222 (2011).
  20. G. Tóth and I. Apellaniz, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424006 (2014).
  21. C. W. Helstrom, Physics Letters A 25, 101 (1967).
  22. S. L. Braunstein and C. M. Caves, Physical Review Letters 72, 3439 (1994).
  23. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Physical Review Letters 96, 010401 (2006).
  24. A. Luis, Physics Letters A 329, 8 (2004).
  25. J. Beltrán and A. Luis, Physical Review A 72, 045801 (2005).
  26. S. Choi and B. Sundaram, Physical Review A 77, 053613 (2008).
  27. S. Roy and S. L. Braunstein, Physical Review Letters 100, 220501 (2008).
  28. M. Beau and A. del Campo, Physical Review Letters 119, 010403 (2017).
  29. M. Zwierz, C. A. Pérez-Delgado, and P. Kok, Physical Review Letters 105, 180402 (2010).
  30. M. Zwierz, C. A. Pérez-Delgado, and P. Kok, Physical Review A 85, 042112 (2012).
  31. D. Petz, Linear algebra and its applications 244, 81 (1996).
  32. A. Fujiwara, Physical Review A 63, 042304 (2001).
  33. M. Gessner, L. Pezze, and A. Smerzi, Physical Review A 94, 020101 (2016).
  34. I. G. Macdonald, Symmetric functions and Hall polynomials (Oxford university press, 1998).
  35. Y. Li and Z. Ren, Physical Review A 107, 012403 (2023).
  36. A. Bhattacharyya, D. Saha, and U. Sen, arXiv preprint arXiv:2401.06729  (2024).
  37. W. C. Waterhouse, The American Mathematical Monthly 90, 378 (1983).
  38. W. Textor, International Journal of Theoretical Physics 17, 599 (1978).
  39. A. Cabello, Physical Review A 68, 012304 (2003a).
  40. A. Cabello, Journal of Modern Optics 50, 1049 (2003b).
  41. F. Bernards and O. Gühne, Journal of Mathematical Physics 65 (2024).
  42. R. F. Werner, Physical Review A 40, 4277 (1989).
  43. K. G. H. Vollbrecht and R. F. Werner, Physical Review A 64, 062307 (2001).
  44. T. Eggeling and R. F. Werner, Physical Review A 63, 042111 (2001).
  45. S. Miyahara and K. Ueda, Physical Review Letters 82, 3701 (1999).
  46. T. Keilmann and J. J. García-Ripoll, Physical Review Letters 100, 110406 (2008).
  47. P. Zanardi and M. Rasetti, Physical Review Letters 79, 3306 (1997).
  48. D. A. Lidar, I. L. Chuang, and K. B. Whaley, Physical Review Letters 81, 2594 (1998).
  49. D. A. Lidar and K. Birgitta Whaley, in Irreversible quantum dynamics (Springer, 2003) pp. 83–120.
  50. M. Gessner, L. Pezzè, and A. Smerzi, Physical Review Letters 121, 130503 (2018).
  51. R. Demkowicz-Dobrzański, W. Górecki, and M. Guţă, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 363001 (2020).
  52. S. Imai, Ph.D. thesis, University of Siegen  (2023).
  53. T. Popoviciu, Mathematica 9, 20 (1935).
  54. R. Bhatia and C. Davis, The American Mathematical Monthly 107, 353 (2000).
  55. R. Sharma, Journal of Mathematical Inequalities 2, 109 (2008).
  56. X. Wang and B. C. Sanders, Physical Review A 68, 012101 (2003).
  57. J. K. Korbicz, J. I. Cirac, and M. Lewenstein, Physical Review Letters 95, 120502 (2005).
  58. A. W. Harrow, arXiv preprint arXiv:1308.6595  (2013).
  59. D. A. Roberts and B. Yoshida, Journal of High Energy Physics 2017, 1 (2017).
  60. A. A. Mele, Quantum 8, 1340 (2024).
  61. G. W. Anderson, A. Guionnet, and O. Zeitouni, An introduction to random matrices, 118 (Cambridge university press, 2010).

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 2 tweets with 5 likes about this paper.