論文の概要: Engineering Non-Hermitian Quantum Evolution Using a Hermitian Bath Environment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16286v1
- Date: Tue, 22 Jul 2025 07:14:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-23 21:34:13.999987
- Title: Engineering Non-Hermitian Quantum Evolution Using a Hermitian Bath Environment
- Title（参考訳）: エルミタンバス環境を用いた非エルミタン量子進化
- Authors: Mahmoud A. Selim, Max Ehrhardt, Yuqiang Ding, Qi Zhong, Armando Perez Leija, Konstantinos G. Makris, Ramy El Ganainy, Sahin K. Ozdemir, Matthias Heinrich, Alexander Szameit, Demetrios N. Christodoulides, Mercedeh Khajavikhan,
- Abstract要約: 非エルミートサブシステムによる量子バスネットワークのエンジニアリングは、量子ビット冷却、状態安定化、フォールトトレラント量子計算のための有望な戦略として登場した。
完全エルミートフォトニックプラットフォーム内で非エルミートサブシステムを構築するための体系的枠組みを導入する。
特に、実際の損失を伴わない制御された指数的崩壊吸収は、離散-連続結合とランツォス変換によって有限1-次元導波路鎖で実現される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.392358417707825
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Engineering quantum bath networks through non-Hermitian subsystem Hamiltonians has recently emerged as a promising strategy for qubit cooling, state stabilization, and fault-tolerant quantum computation. However, scaling these systems while maintaining precise control over their complex interconnections, especially in the optical domain, poses significant challenges in both theoretical modeling and physical implementation. In this work, drawing on principles from quantum and mathematical physics, we introduce a systematic framework for constructing non-Hermitian subsystems within entirely Hermitian photonic platforms. In particular, controlled exponential decay without actual absorption loss is realized in finite 1-D waveguide chains through discrete-to-continuum coupling and Lanczos transformations. Using this new methodology, we implement parity-time symmetric quantum systems and experimentally demonstrate that these artificial bath environments accurately replicate the dynamics of non-Hermitian arrangements in both single- and multi-photon excitation regimes. Since the non-Hermitian subsystem response deterministically arises from an artificially built Hermitian bath, the quantum evolution can be monitored via post-selection in this fully conservative configuration. This approach bridges the gap between theoretical models and experimental realizations, thus paving the way for exploiting quantum bath engineering in advanced information processing and emerging quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 非エルミートサブシステムによる量子バスネットワークのエンジニアリング 量子ビット冷却、状態安定化、フォールトトレラント量子計算のための有望な戦略として、Hachianianが最近登場した。
しかしながら、複雑な相互接続(特に光領域)の正確な制御を維持しながらこれらのシステムをスケールすることは、理論モデリングと物理実装の両方において大きな課題を提起する。
本研究は、量子物理学および数学物理学の原理に基づいて、全エルミートフォトニックプラットフォーム内で非エルミート部分系を構築するための体系的枠組みを導入する。
特に、実際の吸収損失を伴わない制御された指数減衰は、離散-連続結合とランツォス変換によって有限1次元導波路鎖で実現される。
この手法を用いて、パリティ時間対称量子系を実装し、これらの人工浴環境が、単光および多光の両方の励起状態における非エルミタン配置のダイナミクスを正確に再現できることを実験的に実証する。
非エルミートサブシステム応答は人工的に構築されたエルミート浴から決定的に生じるため、量子進化は完全な保守的な構成でポストセレクションによって監視できる。
このアプローチは理論モデルと実験的な実現の間のギャップを埋めるため、先進的な情報処理や新しい量子技術における量子バス工学の活用の道を開く。
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