論文の概要: Avoided-crossings, degeneracies and Berry phases in the spectrum of quantum noise through analytic Bloch-Messiah decomposition
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.20730v2
- Date: Wed, 30 Apr 2025 13:39:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:54.896673
- Title: Avoided-crossings, degeneracies and Berry phases in the spectrum of quantum noise through analytic Bloch-Messiah decomposition
- Title（参考訳）: 解析的ブロッホ・メシア分解による量子ノイズスペクトルにおける交差・退化・ベリー相の回避
- Authors: Giuseppe Patera, Alessandro Pugliese,
- Abstract要約: 解析的ブロッホ・メシア分解 (analytic Bloch-Messiah decomposition) は量子光学系の力学を特徴づけるためのアプローチを提供する。
単一パラメータが変化した場合,回避された交差は自然に発生し,特異ベクトルの過敏性をもたらすことを示す。
我々は,避けられた交差を意図的に設計することで,フォトニックシステムのスペクトル応答をプログラムできる可能性を強調した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 49.1574468325115
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Bloch-Messiah decomposition (BMD) is a fundamental tool in quantum optics, enabling the analysis and tailoring of multimode Gaussian states by decomposing linear optical transformations into passive interferometers and single-mode squeezers. Its extension to frequency-dependent matrix-valued functions, recently introduced as the "analytic Bloch-Messiah decomposition" (ABMD), provides the most general approach for characterizing the driven-dissipative dynamics of quantum optical systems governed by quadratic Hamiltonians. In this work, we present a detailed study of the ABMD, focusing on the typical behavior of parameter-dependent singular values and of their corresponding singular vectors. In particular, we analyze the hitherto unexplored occurrence of avoided and genuine crossings in the spectrum of quantum noise, the latter being manifested by nontrivial topological Berry phases of the singular vectors. We demonstrate that avoided crossings arise naturally when a single parameter is varied, leading to hypersensitivity of the singular vectors and suggesting the presence of genuine crossings in nearby systems. We highlight the possibility of programming the spectral response of photonic systems through the deliberate design of avoided crossings. As a notable example, we show that such control can be exploited to generate broad, flat-band squeezing spectra -- a desirable feature for enhancing degaussification protocols. This study provides new insights into the structure of multimode quantum correlations and offers a theoretical framework for experimental exploitation of complex quantum optical systems.
- Abstract（参考訳）: ブロッホ・メシア分解(Bloch-Messiah decomposition, BMD)は量子光学の基本的なツールであり、線形光学変換を受動干渉計と単モードサスペンサーに分解することで、多モードガウス状態の解析と調整を可能にする。
周波数依存行列値関数への拡張は、最近「解析的ブロッホ・メシア分解」(ABMD)として導入され、二次ハミルトニアンによって支配される量子光学系の駆動散逸ダイナミクスを特徴づける最も一般的なアプローチを提供する。
本研究では,パラメータ依存特異値とその対応する特異ベクトルの典型的挙動に着目し,ABMDの詳細な研究を行う。
特に,非自明な特異ベクトルの位相的ベリー位相で表される量子雑音のスペクトルにおいて,避けられ,真に交差するヒッヘルト現象を解析する。
一つのパラメータが変化すると自然に回避された交差が生じ、特異ベクトルの過敏性が示され、近隣システムにおける真の交差の存在が示唆される。
我々は,避けられた交差を意図的に設計することで,フォトニックシステムのスペクトル応答をプログラムできる可能性を強調した。
顕著な例として、このような制御を利用して広帯域スケズスペクトルを生成できることが示され、これは脱ガス化プロトコルの強化に望ましい特徴である。
本研究は、マルチモード量子相関の構造に関する新たな知見を提供し、複雑な量子光学系を実験的に活用するための理論的枠組みを提供する。
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