論文の概要: Modes, states and superselection rules in quantum optics and quantum information
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.03943v3
- Date: Thu, 23 Jan 2025 13:57:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-24 15:56:16.117093
- Title: Modes, states and superselection rules in quantum optics and quantum information
- Title（参考訳）: 量子光学及び量子情報におけるモード、状態、超選択規則
- Authors: Eloi Descamps, Astghik Saharyan, Adrien Chivet, Arne Keller, Pérola Milman,
- Abstract要約: 量子光学状態を表現するための便利な方法は、場の単一モードの二次基底である。
このフレームワークは、準古典状態に対する直感的な定義、位相空間表現、普遍ゲートを用いた量子状態操作のための堅牢なツールボックスを提供する。
このアプローチは従来の二次表現の直観的な側面を保ちながら、量子光学からの洞察と対称スピンや角運動量系の知見を統一する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: A convenient way to represent quantum optical states is through the quadrature basis of single-modes of the field. This framework provides intuitive definitions for quasi-classical states, their phase-space representations, and a robust toolbox for quantum state manipulation using universal gates. In this widely adopted representation of quantum optics, most pure states consist of coherent superpositions of photon-number states. However, this approach neglects the particle-number superselection rule - which prohibits coherence between states of differing photon numbers - and implicitly assumes a common phase reference - even though global phases are unmeasurable in quantum optics. We adopt a representation of quantum optical states that respects the superselection rule and revisit key tools and results in quantum optics and information encoding within quantum optics. In the introduced framework, general pure states are described using two orthogonal modes in the Fock basis. We show that this approach preserves the intuitive aspects of the traditional quadrature representation while unifying insights from quantum optics with those from symmetric spin-like and angular momentum systems. Moreover, the superselection rule-compliant representation provides a consistent definition of non-purity and coherence for optical modes and states. It offers a clearer and general perspective on quantum universality, non-classicality, and the (im)possibility of efficient classical simulation across various quantum information encoding schemes involving quantum optical modes and states.
- Abstract（参考訳）: 量子光学状態を表現するための便利な方法は、場の単一モードの二次基底である。
このフレームワークは、準古典状態に対する直感的な定義、位相空間表現、普遍ゲートを用いた量子状態操作のための堅牢なツールボックスを提供する。
この広く採用されている量子光学の表現において、ほとんどの純粋な状態は光子数状態のコヒーレントな重ね合わせからなる。
しかし、このアプローチは、異なる光子数の状態間のコヒーレンスを禁止している粒子番号の超選択則を無視し、大域位相が量子光学では測定不可能であるにもかかわらず、暗黙的に共通位相参照を仮定する。
我々は、超選択規則を尊重する量子光学状態の表現を採用し、主要なツールを再考し、量子光学および量子光学における情報符号化を行う。
導入された枠組みでは、一般的な純粋状態はフォック基底において2つの直交モードを用いて記述される。
このアプローチは従来の二次表現の直観的な側面を保ちながら、量子光学からの洞察と対称スピンや角運動量系の知見を統一する。
さらに、超選択規則に準拠した表現は、光学モードや状態に対する不純物およびコヒーレンスを一貫した定義を提供する。
量子普遍性、非古典性、および量子光学モードと状態を含む様々な量子情報符号化スキームにおける効率的な古典的シミュレーションの可能性について、より明確で一般的な視点を提供する。
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