論文の概要: Dissipation-enabled bosonic Hamiltonian learning via new information-propagation bounds

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.15026v1
• Date: Thu, 27 Jul 2023 17:35:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-28 13:43:39.896658
• Title: Dissipation-enabled bosonic Hamiltonian learning via new information-propagation bounds
• Title（参考訳）: 新しい情報伝達境界を用いた消散型ボソニックハミルトン学習
• Authors: Tim M\"obus, Andreas Bluhm, Matthias C. Caro, Albert H. Werner, Cambyse Rouz\'e
• Abstract要約: ボソニックハミルトニアンが簡単な量子実験から効率的に学習できることが示される。 我々の研究は、ボソニック・ハミルトンの幅広いクラスが単純な量子実験から効率的に学習できることを実証している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0499611180329802
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Reliable quantum technology requires knowledge of the dynamics governing the underlying system. This problem of characterizing and benchmarking quantum devices or experiments in continuous time is referred to as the Hamiltonian learning problem. In contrast to multi-qubit systems, learning guarantees for the dynamics of bosonic systems have hitherto remained mostly unexplored. For $m$-mode Hamiltonians given as polynomials in annihilation and creation operators with modes arranged on a lattice, we establish a simple moment criterion in terms of the particle number operator which ensures that learning strategies from the finite-dimensional setting extend to the bosonic setting, requiring only coherent states and heterodyne detection on the experimental side. We then propose an enhanced procedure based on added dissipation that even works if the Hamiltonian time evolution violates this moment criterion: With high success probability it learns all coefficients of the Hamiltonian to accuracy $\varepsilon$ using a total evolution time of $\mathcal{O}(\varepsilon^{-2}\log(m))$. Our protocol involves the experimentally reachable resources of projected coherent state preparation, dissipative regularization akin to recent quantum error correction schemes involving cat qubits stabilized by a nonlinear multi-photon driven dissipation process, and heterodyne measurements. As a crucial step in our analysis, we establish our moment criterion and a new Lieb-Robinson type bound for the evolution generated by an arbitrary bosonic Hamiltonian of bounded degree in the annihilation and creation operators combined with photon-driven dissipation. Our work demonstrates that a broad class of bosonic Hamiltonians can be efficiently learned from simple quantum experiments, and our bosonic Lieb-Robinson bound may independently serve as a versatile tool for studying evolutions on continuous variable systems.
• Abstract（参考訳）: 信頼性の高い量子技術は、基盤となるシステムを支配するダイナミクスの知識を必要とする。 この量子デバイスや実験を連続的に特徴づけてベンチマークする問題は、ハミルトン学習問題と呼ばれる。 マルチキュービットシステムとは対照的に、ボソニックシステムのダイナミクスの学習保証は、ほとんど未解決のままである。 格子上に配置されたモードを持つ多項式として与えられる$m$-mode Hamiltonian に対して、有限次元設定からの学習戦略がボソニック設定にまで拡張され、実験側でのコヒーレン状態とヘテロダイン検出のみを必要とすることを保証する粒子数演算子の観点から単純なモーメント基準を確立する。 高い成功確率では、ハミルトンのすべての係数を精度$\varepsilon$に学習し、合計の進化時間$\mathcal{O}(\varepsilon^{-2}\log(m))$を使用する。 提案プロトコルは, 非線形多光子駆動散逸プロセスによって安定化された猫量子ビットを含む最近の量子誤り補正方式と類似した, 散逸正則化, ヘテロダイン測定などの実験的資源を包含する。 解析の重要なステップとして,光子駆動散逸と組み合わせた消滅と生成演算子において有界次数の任意のボソニックハミルトニアンが生成する進化のために,我々のモーメント基準と新しいリーブ・ロビンソン型を確立した。 我々の研究は、ボソニック・ハミルトニアンの幅広いクラスが単純な量子実験から効率的に学習できることを示し、ボソニック・リーブ・ロビンソン境界は独立に連続変数系の進化を研究するための汎用的なツールとなるかもしれない。

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