論文の概要: Theory of Multi-photon Processes for Applications in Quantum Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.16074v1
• Date: Fri, 19 Sep 2025 15:21:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 18:18:11.222396
• Title: Theory of Multi-photon Processes for Applications in Quantum Control
• Title（参考訳）: 量子制御における多光子過程の理論
• Authors: Longxiang Huang, Jacquelin Luneau, Johannes Schirk, Florian Wallner, Christian M. F. Schneider, Stefan Filipp, Klaus Liegener, Peter Rabl,
• Abstract要約: 本稿では、周期的に駆動される量子システムにおける多光子過程を評価するための一般的な理論的枠組みを提案する。 超伝導フラクソニウム量子ビットにおける多光子ラビ振動の研究に応用して、この枠組みの有効性を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a general theoretical framework for evaluating multi-photon processes in periodically driven quantum systems, which have been identified as a versatile tool for engineering and controlling nontrivial interactions in various quantum technology platforms. To achieve the accuracy required for such applications, the resulting effective coupling rates, as well as any drive-induced frequency shifts, must be determined with very high precision. Here, we employ degenerate Floquet perturbation theory together with a diagrammatic representation of multi-photon processes to develop a systematic and automatable approach for evaluating the effective dynamics of driven quantum systems to arbitrary orders in the drive strength. As a specific example, we demonstrate the effectiveness of this framework by applying it to the study of multi-photon Rabi oscillations in a superconducting fluxonium qubit, finding excellent agreement between our theoretical predictions and exact numerical simulations, even in parameter regimes where previously known methods are no longer applicable.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、様々な量子技術プラットフォームにおける非自明な相互作用を設計・制御するための汎用ツールとして認識されてきた、周期的に駆動された量子システムにおける多光子過程を評価するための一般的な理論的枠組みについて述べる。 このようなアプリケーションに必要な精度を達成するためには、結果の有効結合率と駆動誘起周波数シフトを極めて高精度で決定する必要がある。 ここでは、退化フロケ摂動理論と多光子過程の図式表現を用いて、駆動量子系の実効力学を駆動強度の任意の順序に評価するための体系的かつ自動化可能なアプローチを開発する。 具体例として,超伝導フラクソニウム量子ビットにおける多光子ラビ振動の研究に適用し,従来の手法が適用不可能なパラメータ系においても,理論的予測と正確な数値シミュレーションとの良好な一致を見出すことにより,この枠組みの有効性を実証する。

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