論文の概要: Simulation of quantum optics by coherent state decomposition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.17099v3
• Date: Fri, 15 Dec 2023 20:26:22 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-19 20:57:08.235418
• Title: Simulation of quantum optics by coherent state decomposition
• Title（参考訳）: コヒーレント状態分解による量子光学のシミュレーション
• Authors: Jeffrey Marshall, Namit Anand
• Abstract要約: 我々は、系をコヒーレント状態の有限ランク(項数)重ね合わせに分解することで量子光学をシミュレートする枠組みを導入する。 我々は、最初に同じモードで$n$の光子を持つ線形光学シミュレーションは、$O(m2 n)$のように効率よくスケールすることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We introduce a framework for simulating quantum optics by decomposing the system into a finite rank (number of terms) superposition of coherent states. This allows us to define a resource theory, where linear optical operations are 'free' (i.e., do not increase the rank), and the simulation complexity for an $m$-mode system scales quadratically in $m$, in stark contrast to the Hilbert space dimension. We outline this approach explicitly in the Fock basis, relevant in particular for Boson sampling, where the simulation time (space) complexity for computing output amplitudes, to arbitrary accuracy, scales as $O(m^2 2^n)$ ($O(m2^n)$), for $n$ photons distributed amongst $m$ modes. We additionally demonstrate that linear optical simulations with the $n$ photons initially in the same mode scales efficiently, as $O(m^2 n)$. This paradigm provides a practical notion of 'non-classicality', i.e., the classical resources required for simulation. Moreover, by making connections to the stellar rank formalism, we show this comes from two independent contributions, the number of single-photon additions, and the amount of squeezing.
• Abstract（参考訳）: 我々は、系をコヒーレント状態の有限ランク(項数)重ね合わせに分解することで量子光学をシミュレートする枠組みを導入する。 これにより、線型光学演算が「自由」であり(すなわち、ランクを増加させない)、$m$モードシステムのシミュレーション複雑性は、ヒルベルト空間次元とは全く対照的に、2乗的に$m$でスケールできる資源理論を定義することができる。 特にボソンサンプリング(boson sampling)では、出力振幅を計算するためのシミュレーション時間(スペース)の複雑さが、任意の精度で、$m$モードに分散した$n$光子に対して$o(m^2 2^n)$(o(m2^n)$)とスケールされる。 さらに、最初に同じモードの$n$光子を用いた線形光学シミュレーションは、$O(m^2 n)$のように効率よくスケールすることを示した。 このパラダイムは「古典的でない」という実践的な概念、すなわちシミュレーションに必要な古典的な資源を提供する。 さらに、星階定式化と結びつくことにより、これは2つの独立した寄与、単光子加算数、およびスクイージング量から生じるものであることを示す。

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