論文の概要: Properties and Application of Gaussian Quantum Processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.01474v1
• Date: Sat, 3 Jul 2021 18:01:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-23 16:32:09.134826
• Title: Properties and Application of Gaussian Quantum Processes
• Title（参考訳）: ガウス量子プロセスの特性と応用
• Authors: Mengzhen Zhang
• Abstract要約: ガウスユニタリ過程を特徴とするジェネリックカプラは高忠実トランスデューサに変換可能であることを示す。 光パラメータセンシングのための量子ノイズ理論とその測定精度向上のためのポテンシャルについて検討する。 すべての解析は基本量子可換関係に由来するため、広く適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Gaussian states, operations, and measurements are central building blocks for continuous-variable quantum information processing which paves the way for abundant applications, especially including network-based quantum computation and communication. To make the most use of the Gaussian processes, it is required to understand and utilize suitable mathematical tools such as the symplectic space, symplectic algebra, and Wigner representation. Applying these mathematical tools to practical quantum scenarios, we developed various schemes for quantum transduction, interference-based bosonic mode permutation and bosonic sensing. We demonstrated that generic coupler characterized by Gaussian unitary process can be transformed into a high-fidelity transducer, assuming the access to infinite squeezing and adaptive feedforward with homodyne measurements. To address the practical limitation of finite squeezing, we explored the interference-based protocols. These protocols let us freely permute bosonic modes only assuming the access to single-mode Gaussian operations and multiple uses of a given multi-mode Gaussian process. Thus, such a scheme not only enables universal decoupling for bosonic systems, which is useful for suppressing undesired coupling between the system and the environment, but also faithful bidirectional single-mode quantum transduction. Moreover, noticing that the Gaussian processes are appropriate theoretical models for optical sensors, we studied the quantum noise theory for optical parameter sensing and its potential in providing great measurement precision enhancement. We also extended the Gaussian theories to discrete variable systems, with several examples such as quantum (gate) teleportation. All the analyses originated from the fundamental quantum commutation relations, and therefore are widely applicable.
• Abstract（参考訳）: ガウス状態、演算、測定は、特にネットワークベースの量子計算と通信を含む豊富なアプリケーションへの道を開く連続可変量子情報処理のための中心的な構成要素である。 ガウス過程を最大限に活用するには、シンプレクティック空間、シンプレクティック代数、ウィグナー表現のような適切な数学的ツールを理解し、活用する必要がある。 これらの数学的ツールを実用的な量子シナリオに適用し、量子変換、干渉に基づくボソニックモード置換、ボソニックセンシングのための様々なスキームを開発した。 ガウス的ユニタリ過程を特徴とするジェネリック結合器は,ホモダイン測定による無限のスクイージングおよび適応フィードフォワードへのアクセスを仮定して,高忠実度トランスデューサに変換できることを示した。 有限のスクイージングの実践的限界に対処するため,干渉に基づくプロトコルについて検討した。 これらのプロトコルにより、単一モードガウス演算へのアクセスと与えられたマルチモードガウス過程の複数の利用を前提として、ボゾンモードを自由に透過することができる。 したがって、このようなスキームは、システムと環境の間の望ましくない結合を抑制するのに役立つボソニック系の普遍的な疎結合だけでなく、忠実な双方向の単一モード量子トランスダクションを可能にする。 さらに,ガウス過程が光センサの適切な理論モデルであることに気付き,光学パラメータ検出のための量子ノイズ理論とその測定精度向上の可能性を検討した。 我々はまた、ガウス理論を離散変数系に拡張し、量子(ゲート)テレポーテーションのようないくつかの例を示した。 すべての解析は基本的な量子可換関係から始まり、それゆえ広く適用できる。

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