論文の概要: Taming the Rotating Wave Approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.02269v2
- Date: Wed, 14 Feb 2024 06:58:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-15 20:24:37.110710
- Title: Taming the Rotating Wave Approximation
- Title（参考訳）: 回転波近似の改ざん
- Authors: Daniel Burgarth, Paolo Facchi, Robin Hillier, Marilena Ligab\`o
- Abstract要約: 量子論の回転波近似(RWA)を用いた厳密な非摂動境界を開発する。
これらの境界は、結合強度と周波数の比だけでなく、初期状態における平均光子の数にも依存している。
これは光子装束のブロッホ・シーガートシフトに関する最近の実験を裏付けるものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The interaction between light and matter is one of the oldest research areas
of quantum mechanics, and a field that just keeps on delivering new insights
and applications. With the arrival of cavity and circuit quantum
electrodynamics we can now achieve strong light-matter couplings which form the
basis of most implementations of quantum technology. But quantum information
processing also has high demands requiring total error rates of fractions of
percentage in order to be scalable (fault-tolerant) to useful applications.
Since errors can also arise from modelling, this has brought into center stage
one of the key approximations of quantum theory, the Rotating Wave
Approximation (RWA) of the quantum Rabi model, leading to the Jaynes-Cummings
Hamiltonian. While the RWA is often very good and incredibly useful to
understand light-matter interactions, there is also growing experimental
evidence of regimes where it is a bad approximation. Here, we ask and answer a
harder question: for which experimental parameters is the RWA, although perhaps
qualitatively adequate, already not good enough to match the demands of
scalable quantum technology? For example, when is the error at least, and when
at most, 1%? To answer this, we develop rigorous non-perturbative bounds taming
the RWA.
We find that these bounds not only depend, as expected, on the ratio of the
coupling strength and the oscillator frequency, but also on the average number
of photons in the initial state. This confirms recent experiments on
photon-dressed Bloch-Siegert shifts. We argue that with experiments reporting
controllable cavity states with hundreds of photons and with quantum error
correcting codes exploring more and more of Fock space, this state-dependency
of the RWA is increasingly relevant for the field of quantum computation, and
our results pave the way towards a better understanding of those experiments.
- Abstract（参考訳）: 光と物質の間の相互作用は、量子力学の最も古い研究分野の1つであり、新しい洞察と応用を提供し続ける分野である。
キャビティと回路の量子電気力学の到来により、量子テクノロジーのほとんどの実装の基礎となる強い光・物質結合を達成することができる。
しかし、量子情報処理は、有用なアプリケーションにスケーラブルな(フォールトトレラント)ために、全エラー率の比率を必要とする高い要求もある。
誤差はモデリングからも生じるため、量子論の重要な近似である量子ラビモデルの回転波近似 (rwa) の中心段階の一つとなり、jaynes-cummings hamiltonian へと繋がる。
RWAは、しばしば光-物質相互作用を理解するのに非常に良いものであり、非常に有用であるが、それが悪い近似であることを示す実験的な証拠も増えている。
ここでは、より難しい質問に答える:どの実験パラメータがRWAであるか、そしておそらく定性的に適切だが、スケーラブルな量子技術の要求に合致するほど十分ではない。
例えば、エラーは少なくともいつ、そしてせいぜい1%なのか?
これに対応するために、我々はrwaを改ざんする厳密な非摂動境界を開発する。
これらの境界は, 結合強度と発振周波数の比だけでなく, 初期状態における光子の平均数にも依存することがわかった。
これは、フォトンドレッシングブロッホ・シーゲルトシフトに関する最近の実験を裏付ける。
我々は、数百個の光子による制御可能な空洞状態の報告と、さらに多くのフォック空間を探索する量子誤差訂正符号により、このrwaの状態依存性が量子計算の分野に益々関連し、その結果がこれらの実験をよりよく理解するための道を開くと論じている。
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