論文の概要: Dissipation alters modes of information encoding in small quantum reservoirs near criticality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18290v1
• Date: Tue, 24 Dec 2024 08:53:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-25 15:55:47.492986
• Title: Dissipation alters modes of information encoding in small quantum reservoirs near criticality
• Title（参考訳）: 消散は臨界付近の小さな量子貯水池における情報符号化のモードを変化させる
• Authors: Krai Cheamsawat, Thiparat Chotibut,
• Abstract要約: 量子貯水池コンピューティング(QRC)は、時間的機械学習タスクに取り組むために、短期的な量子デバイスを活用するための有望なパラダイムとして登場した。 本稿では, 制御可能な結合, 固有非線形性, 調整可能な光子損失を記述した, 駆動散逸型量子貯水池の最小モデルについて検討する。 鍵となる結果は、動的分岐をマークする臨界点近くで、システムは主に冗長から相乗的エンコーディングへと遷移することを示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9260081982051918
• License:
• Abstract: Quantum reservoir computing (QRC) has emerged as a promising paradigm for harnessing near-term quantum devices to tackle temporal machine learning tasks. Yet identifying the mechanisms that underlie enhanced performance remains challenging, particularly in many-body open systems where nonlinear interactions and dissipation intertwine in complex ways. Here, we investigate a minimal model of a driven-dissipative quantum reservoir described by two coupled Kerr-nonlinear oscillators, an experimentally realizable platform that features controllable coupling, intrinsic nonlinearity, and tunable photon loss. Using Partial Information Decomposition (PID), we examine how different dynamical regimes encode input drive signals in terms of redundancy (information shared by each oscillator) and synergy (information accessible only through their joint observation). Our key results show that, near a critical point marking a dynamical bifurcation, the system transitions from predominantly redundant to synergistic encoding. We further demonstrate that synergy amplifies short-term responsiveness, thereby enhancing immediate memory retention, whereas strong dissipation leads to more redundant encoding that supports long-term memory retention. These findings elucidate how the interplay of instability and dissipation shapes information processing in small quantum systems, providing a fine-grained, information-theoretic perspective for analyzing and designing QRC platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子貯水池コンピューティング(QRC)は、時間的機械学習タスクに取り組むために、短期的な量子デバイスを活用するための有望なパラダイムとして登場した。 しかし、特に非線形相互作用と散逸が複雑な方法で相互作用する多体オープンシステムにおいて、性能を過小評価するメカニズムの同定は依然として困難である。 本稿では、2つの結合Kerr-非線形発振器によって記述された、制御可能な結合、固有の非線形性、調整可能な光子損失を特徴とする実験可能なプラットフォームである、駆動散逸型量子貯水池の最小モデルについて検討する。 部分情報分解(Partial Information Decomposition, PID)を用いて, 入力駆動信号(発振器で共有される情報)とシナジー(共振器でのみアクセス可能な情報)の両面において, 動的レジームがどのように符号化されているかを検討する。 我々の重要な結果は、動的分岐を示す臨界点近くで、システムは主に冗長から相乗的エンコーディングへと遷移することを示している。 さらに、シナジーは短期応答性を増幅し、即時記憶保持を向上する一方、強い消散は、長期記憶保持をサポートする冗長な符号化をもたらすことを示した。 これらの知見は,QRCプラットフォームを解析・設計するための微細で情報理論的な視点を提供するため,小型量子システムにおける情報処理の不安定性と散逸の相互作用がいかにして形成されるかを明らかにする。

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