論文の概要: Engineering long-range and multi-body interactions via global kinetic constraints

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.08390v1
• Date: Tue, 13 May 2025 09:36:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-14 20:57:54.508661
• Title: Engineering long-range and multi-body interactions via global kinetic constraints
• Title（参考訳）: 大域的運動的制約による工学的長距離・多体相互作用
• Authors: Runmin Wu, Bing Yang, Pieter W. Claeys, Hongzheng Zhao,
• Abstract要約: 長距離および多体相互作用は、量子シミュレーションと量子計算に不可欠である。 本稿では,Bose-Hubbardシステムに基づく実験手法を提案する。 このスキームを$N$-qubit Toffoli ゲートに対して説明し、2体ゲート分解の必要性を回避する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6841043012259154
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Long-range and multi-body interactions are crucial for quantum simulation and quantum computation. Yet, their practical realization using elementary pairwise interactions remains an outstanding challenge. We propose an experimental scheme based on the Bose-Hubbard system with a periodic driving of the on-site energy and global-range density-density interactions, a setup readily implementable via cold atoms in optical lattices with cavity-mediated interactions. Optimally chosen driving parameters can induce global kinetic constraints, where tunneling rates are selectively suppressed depending on the particle number imbalance between all even and odd sites. This mechanism, together with the flexible tunability of local tunneling rates, provides efficient implementation schemes of a family of global controlled gates for quantum computation. We illustrate this scheme for the $N$-qubit Toffoli gate, circumventing the need for a two-body gate decomposition, and elaborate on the efficient preparation of entangled many-body states.
• Abstract（参考訳）: 長距離と多体相互作用は、量子シミュレーションと量子計算に不可欠である。 しかし、基本的な対の相互作用を用いた実践的な実現は、依然として顕著な課題である。 本稿では,ボース・ハバード系をベースとした実験手法を提案する。この装置は,空洞を媒介とする相互作用を持つ光学格子内の低温原子を介して容易に実装可能な装置である,オンサイトエネルギーと大域密度-密度相互作用を周期的に駆動する。 最適に選択された駆動パラメータは、全ての偶数と奇数の間の粒子数の不均衡に応じてトンネル速度を選択的に抑制する、大域的な運動的制約を誘導することができる。 この機構は局所トンネル速度の柔軟なチューニング性とともに、量子計算のためのグローバル制御ゲートの族を効率的に実装するスキームを提供する。 N$-qubit Toffoli ゲートのこのスキームを,2体ゲート分解の必要性を回避し,絡み合った多体状態の効率的な調製について詳述する。

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