論文の概要: Digital quantum simulation of squeezed states via enhanced bosonic encoding in a superconducting quantum processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.10895v1
- Date: Fri, 16 May 2025 06:02:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-19 14:36:14.186689
- Title: Digital quantum simulation of squeezed states via enhanced bosonic encoding in a superconducting quantum processor
- Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサにおける強化ボソニック符号化による圧縮状態のディジタル量子シミュレーション
- Authors: Hengyue Li, Yusheng Yang, Zhe-Hui Wang, Shuxin Xie, Zilong Zha, Hantao Sun, Jie Chen, Jian Sun, Shenggang Ying,
- Abstract要約: 超伝導量子プロセッサ上での単一モード圧縮状態をシミュレーションするための完全ディジタル手法を提案する。
最大2n個のフォトニックフォック状態からn個のqubitにマッピングすることで、Gray-codeベースのエンコーディングを活用し、ゲートオーバヘッドを低減する。
さらに、フォック状態のシミュレーションを偶数光子のみで制限することで、資源利用を最適化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.56337116542515
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a fully digital approach for simulating single-mode squeezed states on a superconducting quantum processor using an enhanced bosonic encoding strategy. By mapping up to 2^{n} photonic Fock states onto n qubits, our framework leverages Gray-code-based encodings to reduce gate overhead compared to conventional one-hot or binary mappings. We further optimize resource usage by restricting the simulation on Fock states with even number of photons only, effectively doubling the range of photon numbers that can be represented for a given number of qubits. To overcome noise and finite coherence in current hardware, we employ a variational quantum simulation protocol, which adapts shallow, parameterized circuits through iterative optimization. Implemented on the Zuchongzhi-2 superconducting platform, our method demonstrates squeezed-state dynamics across a parameter sweep from vacuum state preparation (r=0) to squeezing levels exceeding the Fock space truncation limit (r>1.63). Experimental results, corroborated by quantum state tomography and Wigner-function analysis, confirm high-fidelity state preparation and demonstrate the potential of Gray-code-inspired techniques for realizing continuous-variable physics on near-term, qubit-based quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 拡張ボソニック符号化方式を用いて, 超伝導量子プロセッサ上での単一モード圧縮状態をシミュレーションするための完全ディジタル手法を提案する。
2^{n} フォトニック Fock 状態の n 量子ビットへのマッピングにより、従来の 1 ホットやバイナリマッピングと比較してゲートオーバヘッドを低減するために、Gray-code-based encodings を利用する。
さらに、フォック状態のシミュレーションを偶数光子のみで制限し、与えられた量子ビット数に対して表現できる光子数の範囲を効果的に2倍にすることで、資源利用を最適化する。
現在のハードウェアにおけるノイズと有限コヒーレンスを克服するために、反復最適化により浅いパラメータ化回路に適応する変分量子シミュレーションプロトコルを用いる。
本手法は,Zuchongzhi-2超伝導プラットフォーム上に実装され,真空状態準備 (r=0) からFock空間乱れ限界 (r>1.63) を超えるスクイーズレベルまでのパラメータスイープの圧縮状態ダイナミクスを実証する。
量子状態トモグラフィーとウィグナー関数解析によって相関された実験結果は、高忠実度状態の準備を確認し、近距離量子ビットベースの量子プロセッサ上で連続変数物理学を実現するためのグレイコードにインスパイアされた技術の可能性を示す。
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