Atteindre la limite de Heisenberg en métrologie par des mesures sur un qubit auxiliaire

Dans le scénario de l'interaction sonde-ancilla, nous proposons un protocole de métrologie quantique par la mesure inconditionnelle sur le qubit auxiliaire après une période optimisée d'évolution conjointe à partir d'un état produit. Son élément clé est la construction de deux chemins d'évolution parallèles par la mesure qui peut transformer le système de sonde (un ensemble de spins) d'un état propre d'un opérateur de moment angulaire collectif |j, m à un état superposé (|j, m+|j, -m) /2. Avec un encodage paramétrique synchrone et une mesure de qubit, l'information de Fisher quantique sur la phase encodée dans le système de sonde avec des états initiaux optimisés peut atteindre exactement l'échelle de Heisenberg N^2 par rapport à la taille de la sonde (nombre de spins) N. Le comportement de mise à l'échelle quadratique n'est pas sensible au contrôle imprécis sur le temps d'évolution conjointe, le délai temporel entre l'encodage et la mesure, et la cohérence dans l'ensemble de spins ou le système auxiliaire qui seraient dégradés par le déphasing local. L'information de Fisher classique de l'ensemble de spins est trouvée saturée avec son homologue quantique, indépendamment de l'évolution conjointe idle après l'encodage paramétrique. Nous suggérons que tant les états de type Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) que les Hamiltoniens non linéaires ne sont pas des ressources nécessaires pour dépasser la limite quantique standard en précision métrologique car dans notre protocole, même les états thermiques peuvent maintenir une mise à l'échelle quadratique asymptotique.