論文の概要: Universal interference-based construction of Gaussian operations in hybrid quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.08208v1
• Date: Wed, 15 Dec 2021 15:23:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 11:47:31.017635
• Title: Universal interference-based construction of Gaussian operations in hybrid quantum systems
• Title（参考訳）: ハイブリッド量子系における普遍干渉に基づくガウス演算の構成
• Authors: Mengzhen Zhang, Shoumik Chowdhury, Liang Jiang
• Abstract要約: ハイブリッド量子システムでは、ボソニックモード間の信頼性の高いビームスプリッターを実装することは困難である。 マルチモードハイブリッドボソニックシステムにおけるガウス演算のための干渉に基づく新しいプロトコルを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8655318786364408
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Beam-splitter operations are an indispensable resource for processing quantum information encoded in bosonic modes. However, in hybrid quantum systems, it can be challenging to implement reliable beam-splitters between two distinct bosonic modes due to various experimental imperfections. Without beam-splitters, realizing arbitrary Gaussian operations between bosonic modes can become highly non-trivial or even infeasible. In this work, we develop novel interference-based protocols for engineering Gaussian operations in multi-mode hybrid bosonic systems without requiring beam-splitters. Specifically, for a given generic multi-mode Gaussian unitary coupler, we demonstrate a universal scheme for constructing Gaussian operations on a desired subset of bosonic modes, requiring only multiple uses of the given coupler interleaved with single-mode Gaussian unitaries. Our results provide efficient construction of operations crucial to quantum information science and are derived from fundamental physical properties of bosonic systems. The proposed scheme is thus widely applicable to existing platforms and couplers, with the exception of certain edge cases. We introduce a systematic approach to identify and treat these edge cases by utilizing a novel intrinsically invariant structure associated with our interference-based construction.
• Abstract（参考訳）: ビームスプリッター演算は、ボソニックモードで符号化された量子情報を処理するための必須資源である。 しかし、ハイブリッド量子システムでは、様々な実験的不完全性のため、2つの異なるボソニックモード間で信頼性の高いビームスプリッターを実装することは困難である。 ビームスプリッターがなければ、ボソニックモード間の任意のガウス演算を実現することは、非常に非自明あるいは実現不可能となる。 本研究では,ビームスプリッタを必要とせず,多モードハイブリッドボソニックシステムにおけるガウス演算のための干渉に基づく新しいプロトコルを開発する。 具体的には、与えられた汎用多モードガウスユニタリカプラに対して、ボソニックモードの所望の部分集合上でガウス演算を構築する普遍的なスキームを示し、与えられたカプラの複数の利用だけを単一モードガウスユニタリでインターリーブする。 この結果は,量子情報科学に不可欠な操作を効率的に構築し,ボゾン系の基本物性から導出する。 提案手法は,特定のエッジケースを除いて,既存のプラットフォームやカウンタに広く適用可能である。 本稿では,本研究の干渉型構成に付随する本質的不変構造を用いて,これらのエッジケースを同定・処理するための体系的アプローチを提案する。

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