Approaching the double-Heisenberg scaling sensitivity in the Tavis-Cummings model
Abstract: The pursuit of quantum-enhanced parameter estimations without the need for nonclassical initial states has long been driven by the goal of achieving experimentally accessible quantum metrology. In this work, employing a coherent averaging mechanism, we prove that the prototypical cavity quantum electrodynamics (QED) system, such as the Tavis-Cummings model, enables us to achieve not only the Heisenberg scaling (HS) precision in terms of the average photon number but also the double-HS sensitivity concerning both the average photon and atom numbers. Such a double sensibility can be experimentally realized by introducing either photon- or atom-number fluctuations through quantum squeezing. Furthermore, we discuss the methodology to achieve this double-HS precision in a realistic experimental circumstance where the squeezing is not perfect. Our results provide insights into understanding the coherent averaging mechanism for evaluating quantum-enhanced precision measurements and also present a usable metrological application of the cavity QED systems and superconducting circuits.
- G. Tóth, Phys. Rev. A 85, 022322 (2012).
- N. Li and S. Luo, Phys. Rev. A 88, 014301 (2013).
- C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
- D. F. Walls, Nature 306, 141 (1983).
- V. V. Dodonov, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 4, R1 (2002).
- D. Budker and M. Romalis, Nat. Phys. 3, 227 (2007).
- F. Troiani and M. G. A. Paris, Phys. Rev. Lett. 120, 260503 (2018).
- M. Genovese, J. Opt. 18, 073002 (2016).
- S. L. Braunstein and C. M. Caves, Phys. Rev. Lett. 72, 3439 (1994).
- L. Campos Venuti and P. Zanardi, Phys. Rev. Lett. 99, 095701 (2007).
- I. Frérot and T. Roscilde, Phys. Rev. Lett. 121, 020402 (2018).
- L. J. Fiderer and D. Braun, Nat Commun 9, 1351 (2018).
- S. Pang and A. N. Jordan, Nat. Commun. 8, 14695 (2017).
- D. Braun and J. Martin, Nat. Commun. 2, 223 (2011).
- J. M. E. Fraïsse and D. Braun, Ann. Phys. 527, 701 (2015).
- M. Tavis and F. W. Cummings, Phys. Rev. 170, 379 (1968).
- D. F. James and J. Jerke, Can. J. Phys. 85, 625 (2007).
- B. W. Shore and P. L. Knight, J. Mod. Opt. 40, 1195 (1993).
- J. R. Buck and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 67, 033806 (2003).
- Yuguo Su and X. Wang, Results Phys. 24, 104159 (2021).
- J. M. Radcliffe, J. Phys. A: Gen. Phys. 4, 313 (1971).
- H. F. Baker, Proc. Lond. Math. Soc. s1-34, 347 (1901).
- M. Kitagawa and M. Ueda, Phys. Rev. A 47, 5138 (1993).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
