論文の概要: Entanglement generation via single-qubit rotations in a torn Hilbert space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.04507v2
- Date: Tue, 3 Sep 2024 01:16:57 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-04 22:02:40.430045
- Title: Entanglement generation via single-qubit rotations in a torn Hilbert space
- Title（参考訳）: トルンヒルベルト空間における1量子回転による絡み合い生成
- Authors: Tao Zhang, Zhihao Chi, Jiazhong Hu,
- Abstract要約: ねじれたヒルベルト空間において、大域的な1量子ビットの回転しか持たない任意の対称交絡状態を生成する。
ディック状態のエネルギーシフトの最適制御により、任意の対称交絡状態を生成することができる。
また、1段階かごく少数のステップで、ほぼ一様の忠実度を持つ有用な状態の多様体を作成できることを例示する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8896058623057563
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose an efficient yet simple protocol to generate arbitrary symmetric entangled states with only global single-qubit rotations in a torn Hilbert space. The system is based on spin-1/2 qubits in a resonator such as atoms in an optical cavity or superconducting qubits coupled to a main bus. By sending light or microwave into the resonator, it induces AC Stark shifts on particular angular-momentum eigenstates (Dicke states) of qubits. Then we are able to generate barriers that hinder transitions between adjacent Dicke states and tear the original Hilbert space into pieces. Therefore, a simple global single-qubit rotation becomes highly non-trivial, and thus generates entanglement among the many-body system. By optimal control of energy shifts on Dicke states, we are able to generate arbitrary symmetric entangled states. We also exemplify that we can create varieties of useful states with near-unity fidelities in only one or very few steps, including W states, spin-squeezed states (SSS), and Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states. Particularly, the SSS can be created by only one step with a squeezing parameter $\xi_R^2\sim1/N^{0.843}$ approaching the Heisenberg limit (HL). Our finding establishes a way for universal entanglement generations with only single-qubit drivings where all the multiple-qubit controls are integrated into simply switching on/off microwave. It has direct applications in the variational quantum optimizer which is available with existing technology.
- Abstract（参考訳）: 我々は、トータルヒルベルト空間における大域的な単一量子ビット回転のみを持つ任意の対称交絡状態を生成するための効率的かつ単純なプロトコルを提案する。
このシステムは、光学キャビティ内の原子やメインバスに結合された超伝導量子ビットなどの共振器内のスピン-1/2量子ビットに基づいている。
共振器に光やマイクロ波を送ることで、特定の角運動状態(ディック状態)の交流スタークシフトを誘導する。
そして、隣接するディック状態間の遷移を妨げる障壁を生成し、元のヒルベルト空間を断片化することができる。
したがって、単純な大域的な単一量子ビットの回転は非常に非自明なものとなり、多体系間の絡み合いが生じる。
ディック状態のエネルギーシフトの最適制御により、任意の対称交絡状態を生成することができる。
また、W状態、スピンスクイーズ状態(SSS)、Greenberger-Horne-Zeilinger状態(GHZ)状態を含む、ごくわずかなステップで、ほぼ一様であるような有用な状態の多様を生成できることを例示する。
特に、SSSは、ハイゼンベルク極限 (HL) に近づくために、squeezingパラメータ $\xi_R^2\sim1/N^{0.843}$ の1ステップで作成できる。
我々の発見は、全てのマルチキュービット制御を単にオン/オフマイクロ波に組み込む単一キュービット駆動による普遍的絡み合い生成の方法を確立している。
既存の技術で利用可能な変分量子オプティマイザに直接応用できる。
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