論文の概要: From spin squeezing to fast state discrimination
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.22032v1
- Date: Tue, 29 Oct 2024 13:30:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-30 13:39:17.343822
- Title: From spin squeezing to fast state discrimination
- Title（参考訳）: スピンスクイーズから高速状態識別へ
- Authors: Michael R. Geller,
- Abstract要約: 絡み合った状態のクラスは、スピンスクイーズ状態が$N$2レベル原子である。
原子間相互作用は、状態の確率密度をせん断する非線形進化を生成することを示す。
結果として生じる非線形性は、量子計算において強力な資源であることが知られている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: There is great interest in generating and controlling entanglement in Bose-Einstein condensates and similar ensembles for use in quantum computation, simulation, and sensing. One class of entangled states useful for enhanced metrology are spin-squeezed states of $N$ two-level atoms. After preparing a spin coherent state of width $1/\sqrt{N}$ centered at coordinates $( \theta, \phi) $ on the Bloch sphere, atomic interactions generate a nonlinear evolution that shears the state's probability density, stretching it to an ellipse and causing squeezing in a direction perpendicular to the major axis. Here we consider the same setup but in the $N \rightarrow \infty $ limit . This shrinks the initial coherent state to zero area. Large $N$ also suppresses two-particle entanglement and squeezing, as required by a monogamy bound. The torsion (1-axis twist) is still present, however, and the center of the large $N$ coherent state evolves as a qubit governed by a two-state Gross-Pitaevskii equation. The resulting nonlinearity is known to be a powerful resource in quantum computation. It can be used to implement single-input quantum state discrimination, an impossibility within linear one-particle quantum mechanics. We obtain a solution to the discrimination problem in terms of a Viviani curve on the Bloch sphere. We also consider an open-system variant containing both Bloch sphere torsion and dissipation. In this case it should be possible to generate two basins of attraction within the Bloch ball, having a shared boundary that can be used for a type of autonomous state discrimination. We explore these and other connections between spin squeezing in the large $N$ limit and nonlinear quantum gates, and argue that a two-component condensate is a promising platform for realizing a nonlinear qubit.
- Abstract（参考訳）: ボース=アインシュタイン凝縮体と類似のアンサンブルにおける絡み合いの生成と制御に大きな関心がある。
拡張メロロジーに有用な絡み合った状態の1つのクラスは、N$2レベル原子のスピンスクイーズ状態である。
1/\sqrt{N}$ のスピンコヒーレントな状態を作ると、ブロッホ球面上の座標 $( \theta, \phi)$ を中心とし、原子間相互作用は、状態の確率密度をせん断し、楕円に伸ばし、主軸に垂直な方向にスクイーズする非線形進化を生成する。
ここでは、同じ設定を考えるが、$N \rightarrow \infty $ limit で考える。
これにより、初期コヒーレント状態はゼロ領域に縮小される。
大きな$N$はまた、モノガミー境界によって要求される2粒子の絡み合いとゆがみを抑制する。
しかし、ねじれ(1軸のねじれ)は依然として存在し、大きな$N$コヒーレント状態の中心は、2状態グロス=ピタエフスキイ方程式によって支配される量子ビットとして進化する。
結果として生じる非線形性は、量子計算において強力な資源であることが知られている。
これは、線形一粒子量子力学における不合理性である単一入力量子状態判別を実装するために用いられる。
ブロッホ球面上のヴィヴィアン曲線の観点から、判別問題の解を得る。
また、ブロッホ球のねじれと散逸の両方を含む開系変種を考える。
この場合、Blochボール内に2つのアトラクションの盆地を生成でき、共有境界を持ち、自律的状態識別のタイプに使用できる。
我々は、大きな$N$制限と非線形量子ゲートにおけるスピンスクイーズと他の接続を探索し、2成分凝縮が非線形量子ビットを実現するための有望なプラットフォームであると主張する。
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