論文の概要: Constructing Qudits from Infinite Dimensional Oscillators by Coupling to
Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.02896v4
- Date: Fri, 10 Sep 2021 02:13:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-01 07:41:46.154596
- Title: Constructing Qudits from Infinite Dimensional Oscillators by Coupling to
Qubits
- Title（参考訳）: ビットへの結合による無限次元振動子からのクイディットの構成
- Authors: Yuan Liu, Jasmine Sinanan-Singh, Matthew T. Kearney, Gabriel Mintzer,
and Isaac L. Chuang
- Abstract要約: 我々は、量子ビットオシレータ系の最低エネルギー状態からヒルベルト空間を解析的に構築する方法を示す。
この研究は、量子ビットとボソニックシステムの組み合わせが、量子情報処理のためのハードウェア効率のよい量子資源として機能することを示唆している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.161454999079499
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: An infinite dimensional system such as a quantum harmonic oscillator offers a
potentially unbounded Hilbert space for computation, but accessing and
manipulating the entire state space requires a physically unrealistic amount of
energy. When such a quantum harmonic oscillator is coupled to a qubit, for
example via a Jaynes-Cummings interaction, it is well known that the total
Hilbert space can be separated into independently accessible subspaces of
constant energy, but the number of subspaces is still infinite. Nevertheless, a
closed four-dimensional Hilbert space can be analytically constructed from the
lowest energy states of the qubit-oscillator system. We extend this idea and
show how a $d$-dimensional Hilbert space can be analytically constructed, which
is closed under a finite set of unitary operations resulting solely from
manipulating standard Jaynes-Cummings Hamiltonian terms. Moreover, we prove
that the first-order sideband pulses and carrier pulses comprise a universal
set for quantum operations on the qubit-oscillator qudit. This work suggests
that the combination of a qubit and a bosonic system may serve as
hardware-efficient quantum resources for quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: 量子調和振動子のような無限次元の系は計算に潜在的に非有界なヒルベルト空間を与えるが、状態空間全体へのアクセスと操作には物理的に非現実的なエネルギーを必要とする。
そのような量子調和振動子が例えばjaynes-cummings相互作用によって量子ビットに結合されると、全ヒルベルト空間は独立にアクセス可能な定数エネルギーの部分空間に分離できるが、部分空間の数は依然として無限である。
それでも、閉4次元ヒルベルト空間は、クビットオシレータ系の最低エネルギー状態から解析的に構築することができる。
このアイデアを拡張して、標準のJaynes-Cummings Hamiltonian項の操作のみから生じる有限のユニタリ演算の下で閉じた$d$次元ヒルベルト空間を解析的に構成する方法を示す。
さらに、一階のサイドバンドパルスとキャリアパルスが量子演算の普遍的な集合を構成することを証明した。
この研究は、量子ビットとボソニックシステムの組み合わせが、量子情報処理のためのハードウェア効率の良い量子リソースとして役立つことを示唆している。
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