論文の概要: Efficient nonclassical state preparation via generalized parity measurement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.14750v1
- Date: Wed, 20 Aug 2025 14:50:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-21 16:52:41.488824
- Title: Efficient nonclassical state preparation via generalized parity measurement
- Title（参考訳）: 一般化パリティ測定による非古典的効率的な非古典的状態生成
- Authors: Chen-yi Zhang, Jun Jing,
- Abstract要約: 本稿では,ボソニックモードとアシラリー2レベル原子とのJaynes-Cummings相互作用を利用した測定ベースのプロトコルを提案する。
我々は、望ましくない人口を効率的にフィルタリングし、ターゲットモードを所望のFock状態に向けて条件付きでプッシュすることができる。
我々のプロトコルは、測定値が3ドル未満で十分に高忠実なスピンアンサンブルのDicke状態に$|J1000,0rangle$を作成できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.99945301851239
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nonclassical states of bosonic modes, especially the large number states, are valuable resources for quantum information processing and quantum metrology. However, it is intricate to apply unitary protocols to generate a desired Fock state due to the uniform energy spectrum of bosonic system. We here propose a measurement-based protocol that leverages the resonant Jaynes-Cummings interaction of the bosonic mode with an ancillary two-level atom and sequential projective measurements on the atom. Using the generalized parity measurement constructed by several rounds of free-evolution and measurement with proper intervals, we can efficiently filter out the unwanted population and push the target mode conditionally toward the desired Fock state. In ideal situation, a Fock state $|n_t\approx2000\rangle$ can be prepared with a fidelity over $98\%$ using only $8$ rounds of measurements. With qubit dissipation and dephasing and cavity decay in the current circuit QED platforms, a Fock state $|n_t\approx100\rangle$ can be prepared with a fidelity about $80\%$ by $6$ measurements. It is found that the number of the measurement rounds for preparing a large Fock state $|n_t\rangle$ scales roughly as $\log_2\sqrt{n_t}$, similar to the number of ancillary qubits required in the state preparation via the quantum phase estimation algorithm yet costs much less gate operations. Our protocol can also be used to prepare a large Dicke state $|J<1000,0\rangle$ of a spin ensemble with a sufficiently high fidelity by less than $3$ measurements, which is qualified for the quantum Fisher information approaching the Heisenberg scaling in sensing the rotation phase along the $x$ axis.
- Abstract（参考訳）: ボソニックモードの非古典的状態、特に多数の状態は、量子情報処理や量子気象学の貴重な資源である。
しかし、ボソニック系の一様エネルギースペクトルにより所望のフォック状態を生成するためにユニタリプロトコルを適用することは複雑である。
本稿では, ボソニックモードとアシラリー2レベル原子の共振子Jaynes-Cummings相互作用と, 原子上の逐次射影測定を利用する計測ベースのプロトコルを提案する。
複数ラウンドの自由進化と適切な間隔での計測によって構成された一般化パリティ測定を用いて、不要な個体群を効率的にフィルタリングし、目標モードを所望のFock状態へ条件付で押し出すことができる。
理想的な状況では、Fock状態の$|n_t\approx2000\rangle$は、わずか8ドルで9,8\%以上の忠実度で作成できる。
現在の回路QEDプラットフォームでは、クビットの散逸と減退と空洞崩壊により、Fock状態 $|n_t\approx100\rangle$ を6ドルで約80\%の忠実度で作成することができる。
大規模なフォック状態を作るための測定ラウンドの数は、量子位相推定アルゴリズムによる状態準備に必要な補助量子ビットの数と同様、およそ$\log_2\sqrt{n_t}$とスケールするが、ゲート演算よりもはるかに少ない。
我々のプロトコルは、約3ドル未満の測定で十分に高い忠実度を持つスピンアンサンブルのDicke状態$|J<1000,0\rangle$を準備するのにも使える。
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