論文の概要: Beyond transcoherent states: Field states for effecting optimal coherent
rotations on single or multiple qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.12167v2
- Date: Thu, 23 Mar 2023 15:25:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-24 18:08:37.066536
- Title: Beyond transcoherent states: Field states for effecting optimal coherent
rotations on single or multiple qubits
- Title（参考訳）: 半コヒーレント状態を超えて:単一または複数量子ビット上での最適コヒーレント回転の場状態
- Authors: Aaron Z. Goldberg, Aephraim M. Steinberg, Khabat Heshami
- Abstract要約: 我々は、原子が基底あるいは励起状態からブロッホ球上の任意の点へ、残留原子場絡みを伴わずに変換する場状態を導入する。
角度$theta$による回転を行うための最良の強いパルスは、$rmsinctheta$の係数で光子数分散で圧縮される。
我々はこれらの研究を複数の原子と同時に相互作用する場にまで拡張し、同時に$tfracpi2$の数値が全ての原子上で$tfracpi2$のパルスを実行するのに最適であることを再び発見した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Semiclassically, laser pulses can be used to implement arbitrary
transformations on atomic systems; quantum mechanically, residual atom-field
entanglement spoils this promise. Transcoherent states are field states that
fix this problem in the fully quantized regime by generating perfect coherence
in an atom initially in its ground or excited state. We extend this fully
quantized paradigm in four directions: First, we introduce field states that
transform an atom from its ground or excited state to any point on the Bloch
sphere without residual atom-field entanglement. The best strong pulses for
carrying out rotations by angle $\theta$ are are squeezed in photon-number
variance by a factor of $\rm{sinc}\theta$. Next, we investigate implementing
rotation gates, showing that the optimal Gaussian field state for enacting a
$\theta$ pulse on an atom in an arbitrary, unknown initial state is number
squeezed by less: $\rm{sinc}\tfrac{\theta}{2}$. Third, we extend these
investigations to fields interacting with multiple atoms simultaneously,
discovering once again that number squeezing by $\tfrac{\pi}{2}$ is optimal for
enacting $\tfrac{\pi}{2}$ pulses on all of the atoms simultaneously, with small
corrections on the order of the ratio of the number of atoms to the average
number of photons. Finally, we find field states that best perform arbitrary
rotations by $\theta$ through nonlinear interactions involving $m$-photon
absorption, where the same optimal squeezing factor is found to be
$\rm{sinc}\theta$. Backaction in a wide variety of atom-field interactions can
thus be mitigated by squeezing the control fields by optimal amounts.
- Abstract（参考訳）: 半古典的に、レーザーパルスは原子系の任意の変換を実装するために使用され、量子力学的には、残留原子場絡み合いはこの約束を損なう。
トランスコヒーレント状態(transcoherent state)は、初期状態または励起状態において原子の完全なコヒーレンスを生成することにより、完全に量子化された状態においてこの問題を修正する場状態である。
第一に、原子をその基底または励起状態から、残差の原子場が絡み合うことなくブロッホ球上の任意の点へ変換する場状態を導入する。
角度$\theta$ による回転を行うための最も強いパルスは、$\rm{sinc}\theta$ の係数で光子数の分散で圧縮される。
次に、任意の未知の初期状態において原子に$\theta$パルスを課すための最適なガウス場状態が、$\rm{sinc}\tfrac{\theta}{2}$であることを示す。
第3に、これらの研究を複数の原子と同時に相互作用する場に拡張し、全ての原子に$\tfrac{\pi}{2}$のパルスを同時に行うために$\tfrac{\pi}{2}$でスクイーズする数が最適であることを発見し、原子数と光子数の比率の順に小さな補正を加える。
最後に、m$-光子吸収を含む非線形相互作用を通じて、$\theta$ による任意の回転を最もよく行うフィールド状態を見つけ、同じ最適スキーズ係数が $\rm{sinc}\theta$ となる。
したがって、様々な原子-場相互作用におけるバックアクションは、最適量で制御場を絞ることで緩和することができる。
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