論文の概要: Tracking Quantum Dynamics in an Optical Cavity for Recovering Purity and Squeezing via Quantum State Smoothing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.04754v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 02:08:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.45204
• Title: Tracking Quantum Dynamics in an Optical Cavity for Recovering Purity and Squeezing via Quantum State Smoothing
• Title（参考訳）: 光キャビティにおける量子ダイナミクスの追跡と量子状態平滑化による純度回復
• Authors: Shota Yokoyama, Kiarn T. Laverick, David McManus, Qi Yu, Areeya Chantasri, Warit Asavanant, Daoyi Dong, Howard M. Wiseman, Hidehiro Yonezawa,
• Abstract要約: 環境への量子情報の損失は、因果量子状態の平滑化によって最大に抽出することができる。 その結果,スムーズな状態は従来のフィルタリングよりも隠れた真の状態の推測が優れていることがわかった。 本稿では,ポストプロセッシングを取り入れた多くの量子情報に適用可能な推定手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.26939478187343
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Tracking the dynamics of a quantum system is conventionally achieved by monitoring the system continuously in time and filtering the information contained in measurement records via the causal quantum trajectory approach. However, in practical scenarios there is often loss of information to the environment, leading to filtered states that are impure because of decoherence. If real-time tracking is not required, the lost information can be maximally extracted via acausal quantum state smoothing, which has been theoretically proven to better restore the system's coherence (purity) than causal filtering. Interestingly, quantum state smoothing requires assumptions of how any lost quantum information (unobserved by the experimenter) was turned into classical information by the environment. In this work, we experimentally demonstrate smoothing scenarios, using an optical parametric oscillator and introducing `observed' and `unobserved' channels by splitting the output beam into two independent homodyne detectors. We achieve improvement in state purification of 10.3% +/- 1.6%, squeezing restoration of 7.6% +/- 2.6%, and show that smoothed states are better estimates of hidden true states than those from conventional filtering. The estimation techniques used in this paper are promising for many applications in quantum information that incorporate post-processing.
• Abstract（参考訳）: 従来の量子システムのダイナミクスの追跡は、連続的にシステムのモニタリングを行い、因果的量子軌道法によって測定記録に含まれる情報をフィルタリングすることで達成されている。 しかし、現実的なシナリオでは、しばしば環境への情報の損失があり、デコヒーレンスによって不純な状態になる。 リアルタイム追跡が不要な場合、失った情報は因果量子状態の平滑化によって最大に抽出され、因果フィルタリングよりもシステムの一貫性(純度)を回復することが理論的に証明されている。 興味深いことに、量子状態の平滑化は、失われた量子情報(実験者によって観測されていない)が環境によってどのように古典的な情報に変換されたかという仮定を必要とする。 本研究では,光パラメトリック発振器を用いて,出力ビームを2つの独立ホモダイン検出器に分割することにより,スムージングシナリオを実験的に実証する。 我々は,10.3%+/-1.6%の状態浄化の改善,7.6%+/-2.6%のスチーズ修復を達成し,スムーズな状態が従来の濾過法よりも隠れ真の状態のより良い推定値であることを示す。 本稿では,ポストプロセッシングを取り入れた多くの量子情報に適用可能な推定手法を提案する。

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