論文の概要: Non-Hermitian Physics in Quantum Channels: Pseudo-Hermiticity, Spectrum Measurement and Application to Hamiltonian Parameter Estimation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11074v1
• Date: Sun, 14 Sep 2025 03:53:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.899527
• Title: Non-Hermitian Physics in Quantum Channels: Pseudo-Hermiticity, Spectrum Measurement and Application to Hamiltonian Parameter Estimation
• Title（参考訳）: 量子チャネルにおける非エルミタン物理:擬ハーモニティ、スペクトル測定およびハミルトニアンパラメータ推定への応用
• Authors: Yuan-De Jin, Wen-Long Ma,
• Abstract要約: 任意の量子チャネルの自然な表現は、それが離散スペクトルと対角化可能である場合、擬エルミート行列であることを示す。 このようなチャネルのスペクトル測定は、ターゲット系のユニタリチャネルを生成するフリーハミルトニアンを学習するために利用できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12277343096128711
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum channels describe the most general evolutions of open quantum systems. The natural representation of a quantum channel, as a linear map on vectorized quantum states, is often a non-Hermitian matrix. Here we reveal the intriguing non-Hermitian physics in quantum channels and its application. We first demonstrate that the natural representation of any quantum channel is a pseudo-Hermitian matrix if it is diagonalizable with a discrete spectrum, due to its eigenvalues being either real or in complex conjugate pairs. Then we propose a general method to measure the channel spectrum by tracking the measurement statistics of a specific outcome in sequential quantum channels. We further construct and analyze a typical class of quantum channels, with each channel being a unitary channel on a target system followed by a weak-measurement channel induced by a Ramsey sequence of a probe qubit. We show that the spectrum measurement of such channels can be utilized for learning the free Hamiltonian generating the unitary channel of the target system. As practical examples, we numerically demonstrate that a probe spin qubit can accurately sense nuclear spin clusters for nanoscale nuclear magnetic resonance.
• Abstract（参考訳）: 量子チャネルは、オープン量子系の最も一般的な進化を記述している。 ベクトル化された量子状態上の線型写像としての量子チャネルの自然な表現は、しばしば非エルミート行列である。 ここでは、量子チャネルにおける興味深い非エルミート物理学とその応用を明らかにする。 まず、任意の量子チャネルの自然な表現が擬エルミート行列であるとは、その固有値が実あるいは複素共役対であるため、離散スペクトルと対角化可能であることを証明した。 そこで本研究では,逐次量子チャネルにおける特定の結果の測定統計を追跡することで,チャネルスペクトルを測定するための一般的な手法を提案する。 さらに,プローブキュービットのラムゼイ系列によって誘導される弱測定チャネルに続き,それぞれのチャネルがターゲット系上のユニタリチャネルであるような,典型的な量子チャネルのクラスを構築し,解析する。 このようなチャネルのスペクトル測定は、ターゲット系のユニタリチャネルを生成するフリーハミルトニアンを学習するために利用できることを示す。 実例として、プローブスピン量子ビットがナノスケール核磁気共鳴のための核スピンクラスターを正確に検出できることを数値的に示す。

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