論文の概要: Realizing Parrondo's Paradox in Single-Qubit Quantum Walks via Local Phase-Induced Spatial Inhomogeneity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.09457v1
• Date: Wed, 13 Aug 2025 03:27:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-14 20:42:00.740555
• Title: Realizing Parrondo's Paradox in Single-Qubit Quantum Walks via Local Phase-Induced Spatial Inhomogeneity
• Title（参考訳）: 局所位相誘起空間不均一性による単一量子ウォークにおけるパロンドのパラドックスの実現
• Authors: Ran-Yu Chang, Yun-Hsuan Chen, Gooi Zi Liang, Tsung-Wei Huang,
• Abstract要約: パロンドのパラドックスは、個々の負けた2つのゲーム間の交互に勝利を期待する現象を記述している。 離散時間量子ウォーク(DTQW)において、2つのSU(2)コイン演算子を交互に組み合わせることで、真の量子パロンド効果が現れることを示す。 本研究では, 位相角, コインパラメータ, ゲームシーケンスの役割を解析し, 建設的干渉がパラドックス輸送を可能にする最適領域を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.412336603162405
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Parrondo's paradox describes a counterintuitive phenomenon where alternating between two individually losing games results in a winning expectation. While its classical origin relies on capital-dependent bias and noise-induced asymmetry, realizing a robust quantum version of the paradox has remained challenging, especially under the constraint of single-qubit coin systems. In this work, we demonstrate that a genuine quantum Parrondo effect can emerge in discrete-time quantum walks (DTQWs) by alternating two SU(2) coin operators and introducing a localized phase shift at the origin. Through a series of numerical experiments, we show that this minimal model, without entanglement or high-dimensional coins, exhibits sustained positive drift only in the presence of spatial inhomogeneity. We analyze the role of phase angle, coin parameters, and game sequences, and identify optimal regions in which constructive interference enables paradoxical transport. Our findings validate recent theoretical claims that translational symmetry breaking is essential for overcoming interference-induced cancellation, thereby enabling directed quantum motion. This work opens new possibilities for realizing counterintuitive quantum dynamics using low-resource architectures, with potential applications in quantum control, energy harvesting, and coherence-assisted transport.
• Abstract（参考訳）: パロンドのパラドックスは、2つの個人が負けたゲーム間の交互に勝利を期待する現象を記述している。 古典的な起源は資本依存バイアスとノイズ誘起非対称性に依存しているが、パラドックスの堅牢な量子バージョンの実現は、特に単一量子ビットコインシステムの制約下では困難である。 本研究では、2つのSU(2)コイン演算子を交互に行い、その起点に局所的な位相シフトを導入することにより、真の量子パロンド効果が離散時間量子ウォーク(DTQW)に現れることを示した。 一連の数値実験を通して、この最小モデルが、絡み合いや高次元の硬貨を使わずに、空間的不均一性の存在下でのみ持続的な正のドリフトを示すことを示した。 本研究では, 位相角, コインパラメータ, ゲームシーケンスの役割を解析し, 建設的干渉がパラドックス輸送を可能にする最適領域を同定する。 本研究は, 干渉によるキャンセルを克服するためには, 翻訳対称性の破れが不可欠であるという最近の理論的主張を裏付けるものである。 この研究は、低リソースアーキテクチャを使用して反直観的量子力学を実現する新たな可能性を開き、量子制御、エネルギー収穫、コヒーレンス支援輸送に応用される可能性がある。

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