論文の概要: Engineered Kerr Nonlinearities for Precise Quantum Control of Fock States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.26399v1
• Date: Thu, 30 Oct 2025 11:38:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.788344
• Title: Engineered Kerr Nonlinearities for Precise Quantum Control of Fock States
• Title（参考訳）: フォック状態の精密量子制御のためのエンジニアリングカー非線形性
• Authors: Gabriella G. Damas, Ciro Micheletti Diniz, Norton G. de Almeida, Celso J. Villas-Bôas, G. D. de Moraes Neto,
• Abstract要約: 系統的なスペクトル退化は選択的アドレッシングを妨げることを示す。 私たちのソリューションは普遍的なアーキテクチャの原則です。 我々は、NOON状態と高光子数フォック状態の決定論的合成のプロトコルを実証することにより、この枠組みを検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a practical design framework for high-fidelity quantum control in coupled Kerr-nonlinear oscillators, directly addressing the challenge of spectral crowding. We show that systematic spectral degeneracies, which hinder selective addressing, are a direct consequence of rational Kerr-nonlinearity ratios ($K_1/K_2$). Our solution is a universal architectural principle: engineer this ratio to be a complex rational value, approximating an incommensurate number to systematically eliminate parasitic resonances. Using a Magnus expansion, we derive a complete effective Hamiltonian, including all Stark-shift corrections, to accurately target transitions. We numerically validate this framework by demonstrating protocols for the deterministic synthesis of NOON states, and high-photon-number Fock states (e.g., $n=4$), achieving ideal fidelities exceeding $\mathcal{F}>99.9\%$. The protocols are shown to be robust against environmental decay and thermal effects. This work provides an architectural blueprint for bosonic processors in circuit QED and establishes foundational principles that could inform future designs of multi-mode quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,Kerr非線形発振器の高忠実性量子制御のための実用的な設計手法を提案する。 選択的アドレッシングを妨げるスペクトルの系統的退化は、合理的なKerr-非線形比(K_1/K_2$)の直接的な結果であることを示す。 この比率を複雑な有理値にエンジニアリングし、矛盾する数を近似して、寄生的共鳴を体系的に排除する。 マグナス展開を用いて、すべてのスタークシフト補正を含む完全な実効ハミルトニアンを導出し、遷移を正確に標的とする。 我々は、NOON状態と高光度フォック状態(例えば、$n=4$)の決定論的合成のためのプロトコルを実証することにより、この枠組みを数値的に検証し、$\mathcal{F}>99.9\%$を超える理想的忠実性を達成する。 これらのプロトコルは、環境崩壊や熱効果に対して堅牢であることが示されている。 この研究は、回路QEDにおけるボソニックプロセッサのアーキテクチャの青写真を提供し、マルチモード量子システムの将来の設計を知らせる基本的な原理を確立する。

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