混合自旋态的旋转量子计量学

量子计量学协议的效率可能因系统与其环境的相互作用而显著降低，导致纯度损失，从而使探测系统处于混合态。一个例子是通过自旋的旋转来测量磁场，该自旋由于与周围自旋或玻色子浴的耦合而遭受退相干。在这项工作中，我们将混合最优量子旋转传感器（OQR）定义为混合自旋-j态，当旋转轴未知时，这些态对估计无穷小旋转具有最大灵敏度。我们研究了两种情况，其中探针态饱和平均保真度或平均量子克拉美-罗界，后者给出了最终灵敏度。我们发现混合OQR可以达到与纯态相同的灵敏度，并且是通过混合来自反相干态线性子空间的状态获得的。我们给出了几个混合OQR及其相关反相干子空间的例子。我们还表明，OQR在特定意义上最大化纠缠，保留了纯态中纠缠与最优旋转灵敏度之间的已知关系，即使在混合态背景下也是如此。我们的结果突出了旋转量子计量学、反相干性和混合自旋态中纠缠之间的相互联系。