論文の概要: Stabilization of multi-mode Schrodinger cat states via normal-mode
dissipation engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.12457v2
- Date: Tue, 16 Nov 2021 14:43:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 02:15:28.395535
- Title: Stabilization of multi-mode Schrodinger cat states via normal-mode
dissipation engineering
- Title（参考訳）: ノーマルモード散逸技術によるマルチモードシュロディンガー猫状態の安定化
- Authors: Petr Zapletal, Andreas Nunnenkamp, Matteo Brunelli
- Abstract要約: 非ガウス量子状態は、単モードおよび2モードの回路量子力学アーキテクチャにおいて決定的に準備され、自律的に安定化されている。
我々は散逸工学を非線形共振器アレイの集合(正規)モードにアップグレードし、マルチモードシュロディンガー猫状態を安定化する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Non-Gaussian quantum states have been deterministically prepared and
autonomously stabilized in single- and two-mode circuit quantum electrodynamics
architectures via engineered dissipation. However, it is currently unknown how
to scale up this technique to multi-mode non-Gaussian systems. Here, we upgrade
dissipation engineering to collective (normal) modes of nonlinear resonator
arrays and show how to stabilize multi-mode Schrodinger cat states. These
states are multi-photon and multi-mode quantum superpositions of coherent
states in a single normal mode delocalized over an arbitrary number of
cavities. We consider tailored dissipative coupling between resonators that are
parametrically driven and feature an on-site nonlinearity, which is either a
Kerr-type nonlinearity or an engineered two-photon loss. For both types of
nonlinearity, we find the same exact closed-form solutions for the
two-dimensional steady-state manifold spanned by superpositions of multi-mode
Schrodinger cat states. We further show that, in the Zeno limit of strong
dissipative coupling, the even parity multi-mode cat state can be
deterministically prepared from the vacuum. Remarkably, engineered two-photon
loss gives rise to a fast relaxation towards the steady state, protecting the
state preparation against decoherence due to intrinsic single-photon losses and
imperfections in tailored dissipative coupling, which sets in at longer times.
The relaxation time is independent of system size making the state preparation
scalable. Multi-mode cat states are naturally endowed with a noise bias that
increases exponentially with system size and can thus be exploited for enhanced
robust encoding of quantum information.
- Abstract（参考訳）: 非ガウス量子状態は、工学的な散逸による単モードおよび2モードの回路量子力学アーキテクチャにおいて決定的に準備され、自律的に安定化されている。
しかし、この手法をマルチモード非ガウス系に拡張する方法は、現在不明である。
ここでは、散逸工学を非線形共振器アレイの集合(正規)モードにアップグレードし、マルチモードシュロディンガー猫状態を安定化する方法を示す。
これらの状態は、任意の数のキャビティ上で非局在化された単一の正規モードにおけるコヒーレント状態の多光子および多モード量子重ね合わせである。
我々は、パラメトリック駆動され、カー型非線形性または2光子損失のどちらかであるオンサイト非線形性を特徴とする共振器間の共振器の共振結合について検討する。
どちらのタイプの非線形性に対しても、マルチモードシュロディンガー状態の重ね合わせによってまたがる2次元定常状態多様体の完全閉形式解は同一である。
さらに, 強い散逸性カップリングのゼノ限界では, 真空から偶数パリティ多モード猫状態が決定的に調製できることが示されている。
特筆すべきは、エンジニアリングされた2光子損失は、定常状態に向かって急速に緩和し、本質的な単一光子損失と、長い時間で生じる配位された散逸結合の不完全性による脱コヒーレンスに対する状態準備を保護することである。
緩和時間はシステムサイズに依存し、状態準備をスケーラブルにする。
マルチモードキャット状態は、自然にノイズバイアスが与えられ、システムサイズによって指数関数的に増加するため、量子情報の堅牢なエンコーディングが強化される。
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