論文の概要: Quantum simulation of interacting bosons with propagating waveguide photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.15441v2
- Date: Mon, 28 Apr 2025 15:22:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:52.756878
- Title: Quantum simulation of interacting bosons with propagating waveguide photons
- Title（参考訳）: 伝播導波路光子と相互作用するボゾンの量子シミュレーション
- Authors: Xinyuan Zheng, Mahmoud Jalali Mehrabad, Avik Dutt, Nathan Schine, Edo Waks,
- Abstract要約: 本研究では,光子数選択位相ゲートを用いて,チューニング可能なオンサイト相互作用をシミュレートできることを示す。
本稿では,Bose-Hubbard と FQH Hamiltonian を正確にシミュレートできる回路を提案する。
我々の手法は導波路フォトニックシミュレーションプラットフォームを強く相互作用する量子多体状態に拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Optical networks composed of interconnected waveguides are a versatile platform to simulate bosonic physical phenomena. Significant work in the non-interacting regime has demonstrated the capabilities of this platform to simulate many exotic effects such as photon transport in the presence of gauge fields, dynamics of quantum walks, and topological transition and dissipation phenomena. However, the extension of these concepts to simulating interacting quantum many-body phenomena such as the Bose-Hubbard and the fractional quantum Hall (FQH) physics has remained elusive. In this work, we address this problem and demonstrate a framework for quantum many-body simulation as well as drive and dissipation in photonic waveguides. Specifically, we show that for waveguide photons, a tunable on-site interaction can be simulated using a photon-number-selective phase gate. We propose an implementation of such a phase gate based on a three-level-atom-mediated photon subtraction and addition. We apply this approach to bosonic lattice models and propose circuits that can accurately simulate the Bose-Hubbard and FQH Hamiltonian as benchmarking examples. Moreover, we show how to simulate the Lindbladian evolution with engineered dissipators such that the steady state of the Lindbadlian corresponds to the ground state of desired Hamiltonians. Our scheme extends the waveguide photonic simulation platform to the strongly interacting quantum many-body regime while retaining all of its crucial advantages, such as single-site addressability, Hamiltonian parameter controllability, and hardware efficiency.
- Abstract（参考訳）: 相互接続導波路からなる光ネットワークは、ボゾン物理現象をシミュレートするための汎用的なプラットフォームである。
非相互作用系における重要な研究は、ゲージ場の存在下での光子輸送、量子ウォークのダイナミクス、位相遷移と散逸現象などの多くのエキゾチックな効果をシミュレートするこのプラットフォームの能力を実証している。
しかしながら、ボース・ハッバードや分数量子ホール(FQH)物理学のような相互作用する量子多体現象をシミュレートするこれらの概念の拡張は、いまだ解明されていない。
本研究では,この問題に対処し,光導波路の駆動・散逸だけでなく,量子多体シミュレーションの枠組みを実証する。
具体的には、導波路光子に対して、光子数選択位相ゲートを用いて調整可能なオンサイト相互作用をシミュレートできることを示す。
本稿では3レベル原子を介する光子サブトラクションと加算に基づく位相ゲートの実装を提案する。
本手法をボソニック格子モデルに適用し,Bose-HubbardおよびFQH Hamiltonianをベンチマーク例として正確にシミュレートできる回路を提案する。
さらに、リンドバディアンの定常状態が所望のハミルトニアンの基底状態に対応するように、工学的な散逸子を用いてリンドブラディアン進化をシミュレートする方法を示す。
我々の手法は導波路フォトニックシミュレーションプラットフォームを強く相互作用する量子多体構造に拡張し、単一位置アドレス性、ハミルトンパラメータ制御性、ハードウェア効率などの重要な利点をすべて維持する。
関連論文リスト
- Floquet Engineering and Harnessing Giant Atoms in Frequency-Comb Emission and Bichromatic Correlations in Waveguide QED [9.566181461213207]
我々は動的に変調された量子ビットアレイを考察し、周波数制御された単一光子放射を実現する。
また、周波数フィルタ量子相関におけるパリティ依存的な束縛と反バンチングも提供する。
この研究は、集合放出の分野を根本的に拡張し、周波数符号化された量子情報処理の実装に広く応用されている。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-02-14T04:18:54Z) - WaveguideQED.jl: An Efficient Framework for Simulating Non-Markovian Waveguide Quantum Electrodynamics [0.0]
WQED(Waveguide Quantum Electrodynamics)の新興分野における問題を解決するための数値的枠組みを導入する。
このフレームワークは衝突量子光学に基づいており、局所量子系は個々の時間ビンモードと順次相互作用する。
複雑なWQEDシナリオを扱うためのフレームワークの堅牢性を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-12-17T21:04:42Z) - Tunable quantum router with giant atoms, implementing quantum gates, teleportation, non-reciprocity, and circulators [0.14660435286994572]
巨大原子系は、革新的な量子光学現象と応用を探求するための新しいパラダイムを提供する。
本研究では,2重レール導波路に埋め込まれた巨大原子配置について検討し,散乱挙動を4ポートモデルに基づいて解析的に導出した。
本稿では,量子ストレージ,パス符号化量子ゲート,量子テレポーテーション,量子サーキュレータなどの量子応用を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-11-28T18:29:22Z) - Nonlinear dynamical Casimir effect and Unruh entanglement in waveguide QED with parametrically modulated coupling [83.88591755871734]
理論的には、1次元導波路に対して動く2レベル量子ビットの配列について検討する。
この運動の周波数が2倍のクビット共鳴周波数に近づくと、光子のパラメトリック生成と量子ビットの励起を誘導する。
我々は、摂動図式技術と厳密なマスター方程式アプローチの両方を取り入れた包括的一般理論フレームワークを開発する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-08-30T15:54:33Z) - Variational waveguide QED simulators [58.720142291102135]
導波管QEDシミュレータは1次元フォトニックバンドギャップ材料と相互作用する量子エミッタによって構成される。
ここでは、これらの相互作用がより効率的な変分量子アルゴリズムを開発するためのリソースとなることを実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-02-03T18:55:08Z) - Quantum emulation of the transient dynamics in the multistate
Landau-Zener model [50.591267188664666]
本研究では,Landau-Zenerモデルにおける過渡ダイナミクスを,Landau-Zener速度の関数として検討する。
我々の実験は、工学的なボソニックモードスペクトルに結合した量子ビットを用いたより複雑なシミュレーションの道を開いた。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-11-26T15:04:11Z) - Tunable photon-mediated interactions between spin-1 systems [68.8204255655161]
我々は、光子を媒介とする効果的なスピン-1系間の相互作用に、光遷移を持つマルチレベルエミッタを利用する方法を示す。
本結果は,空洞QEDおよび量子ナノフォトニクス装置で利用可能な量子シミュレーションツールボックスを拡張した。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-06-03T14:52:34Z) - Waveguide quantum electrodynamics: collective radiance and photon-photon
correlations [151.77380156599398]
量子電磁力学は、導波路で伝播する光子と局在量子エミッタとの相互作用を扱う。
我々は、誘導光子と順序配列に焦点をあて、超放射および準放射状態、束縛光子状態、および有望な量子情報アプリケーションとの量子相関をもたらす。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-03-11T17:49:52Z) - Efficient simulation of ultrafast quantum nonlinear optics with matrix
product states [0.0]
我々はMPS量子状態を構成時空間のスーパーモデムに解き放つアルゴリズムを開発した。
我々は、ソリトニックモードにおける非古典的なウィグナー関数の負性性の発達と、パルスの半古典力学に対する量子補正を観察する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-02-11T09:15:24Z) - Quantum electrodynamics in a topological waveguide [47.187609203210705]
本研究では,Su-Schrieffer-Heegerモデルのフォトニックアナログに基づいて,超伝導量子ビットとメタマテリアル導波路との結合特性について検討する。
このような導波路に結合した量子ビットのトポロジカル誘導特性について検討し、指向性量子光子結合状態の形成からトポロジに依存した協調放射線効果までについて検討した。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-05-08T00:22:17Z) - Superconducting quantum many-body circuits for quantum simulation and
computing [0.0]
超伝導回路が様々な相互作用の工学にどのように貢献するかを論じる。
特に非線形要素を介する強い光子-光子相互作用に着目する。
量子コンピューティングプラットフォームにおける量子ゲートの連結時に開放される超伝導量子シミュレーションの今後の展望について論じる。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-03-18T10:33:26Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。