Das Gebiet der Quantenmetrologie beschäftigt sich mit Fragen der Präzisionsmessung  von und mit Hilfe von Quantensystemen, und vereint eine Vielzahl von statistischen Methoden mit den Regeln und Werkzeugen der Quantentheorie um optimale Strategien zur direkten und indirekten Bestimmung physikalischer Größen zu entwerfen. Quantenmetrologie beinhaltet daher eine große Bandbreite verschiedener Aufgaben, von der Abschätzung von Parametern, welche in unitären Transformationen kodiert sind, etwa Zeiten, Kopplungsstärken, Phasen, Frequenzen, oder sogenannte `Squeezing’-Parameter, bis hin zur Bestimmung von komplizierteren Quantenkanälen, Zustands- und Prozesstomographie, Zustands- oder Kanalunterscheidungsproblemen, und viele andere.

Die Forschungsschwerpunkte unserer Gruppe in diesem Bereich liegen in den vergangenen Jahren auf der Abschätzung von Parametern in Transformationen die durch bestimmte Hamilton-Operatoren gekennzeichnet sind. Dort werden Methoden des sogenannten `lokalen’ (oder `Frequentisten-’) Paradigmas der statistischen Inferenz eingesetzt, welche Methoden wie etwa die bekannte Cramér-Rao Schranke basierend auf der Quanten-Fisher-Information heranziehen, um untere Schranken an die Varianzen der Parameterabschätzungen nach unten  abzuschätzen, aber Methoden der Bayes’schen Inferenz. Wir haben solche Methoden etwa verwendet, um Protokolle zur metrologie-unterstützten Distribution von Verschränkung in Quantennetzwerken zu entwerfen [1], und um nahezu optimale und praktisch einfach umzusetzende Strategien auf Basis von gauss’schen Quantenzuständen und Messungen zu identifizieren, mit denen sich Parameter bestimmen lassen, welche in gauss’schen Transformationen in System mit kontinuierlichen Variablen auftreten [2]. Weiters verfolgen wir die Entwicklung von flexiblen Metrologie-Schemata mit denen sich verschiedene Arten von Parameterbestimmungsproblemen jeweils mit Heisenberg-Skalierung der Varianzen mit der Stichprobengröße umsetzen lassen [3].

Literatur:

1. Simon Morelli, David Sauerwein, Michalis Skotiniotis, and Nicolai Friis, Metrology-assisted entanglement distribution in noisy quantum networks, Quantum 6, 722 (2022) [arXiv:2110.15627].
2. Simon Morelli, Ayaka Usui, Elizabeth Agudelo, and Nicolai Friis, Bayesian parameter estimation using Gaussian states and measurements, Quantum Sci. Technol. 6, 025018 (2021) [arXiv:2009.03709].
3. Nicolai Friis, Davide Orsucci, Michalis Skotiniotis, Pavel Sekatski, Vedran Dunjko, Hans J. Briegel, and Wolfgang Dür, Flexible resources for quantum metrology, New J. Phys. 19, 063044 (2017) [arXiv:1610.09999].