論文の概要: Beyond Stellar Rank: Control Parameters for Scalable Optical Non-Gaussian State Generation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06255v1
- Date: Mon, 08 Sep 2025 00:36:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.924271
- Title: Beyond Stellar Rank: Control Parameters for Scalable Optical Non-Gaussian State Generation
- Title（参考訳）: ステラーランクを超えて:スケーラブルな光非ガウス状態生成のための制御パラメータ
- Authors: Fumiya Hanamura, Kan Takase, Hironari Nagayoshi, Ryuhoh Ide, Warit Asavanant, Kosuke Fukui, Petr Marek, Radim Filip, Akira Furusawa,
- Abstract要約: 先進的な量子技術は、普遍的な量子計算、フォールトトレラントなエラー補正、量子センシングに不可欠な非ガウス的な光の状態に依存している。
我々は、星級を超える連続的かつ運用的な測度である、エルフノン・ガウス制御パラメータを導入する。
我々は,光子数要求を低減し,状態品質を維持しつつ,成功確率を大幅に向上する普遍最適化手法を開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21670084965090575
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Advanced quantum technologies rely on non-Gaussian states of light, essential for universal quantum computation, fault-tolerant error correction, and quantum sensing. Their practical realization, however, faces hurdles: simulating large multi-mode generators is computationally demanding, and benchmarks such as the \emph{stellar rank} do not capture how effectively photon detections yield useful non-Gaussianity. We address these challenges by introducing the \emph{non-Gaussian control parameters} $(s_0,\delta_0)$, a continuous and operational measure that goes beyond stellar rank. Leveraging these parameters, we develop a universal optimization method that reduces photon-number requirements and greatly enhances success probabilities while preserving state quality. Applied to the Gottesman--Kitaev--Preskill (GKP) state generation, for example, our method cuts the required photon detections by a factor of three and raises the preparation probability by nearly $10^8$. Demonstrations across cat states, cubic phase states, GKP states, and even random states confirm broad gains in experimental feasibility. Our results provide a unifying principle for resource-efficient non-Gaussian state generation, charting a practical route toward scalable optical quantum technologies and fault-tolerant quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 先進的な量子技術は、普遍的な量子計算、フォールトトレラントなエラー補正、量子センシングに不可欠な非ガウス的な光の状態に依存している。
しかし、それらの実践的な実現はハードルに直面している: 大規模なマルチモードジェネレータをシミュレートすることは、計算的に要求され、 \emph{stellar rank} のようなベンチマークは、光子検出がいかに効果的に非ガウス性をもたらすかを捉えない。
我々はこれらの課題に、星級を超える連続的かつ運用的な測度である$(s_0,\delta_0)$を導入することによって対処する。
これらのパラメータを活用することで、光子数要求を減らし、状態品質を保ちながら成功確率を大幅に向上する普遍的な最適化手法を開発する。
例えば、Gottesman--Kitaev-Preskill(GKP)状態生成に適用すると、必要な光子検出を3倍に削減し、準備確率を10^8$近く上げることができる。
猫の状態、立方相状態、GKP状態、さらにはランダム状態さえも、実験的な実現可能性において広範な利得を証明している。
この結果は資源効率のよい非ガウス状態生成のための統一原理であり、スケーラブルな光量子技術やフォールトトレラント量子計算への実践的な経路をグラフ化している。
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