論文の概要: Tensor-network approach to quantum optical state evolution beyond the Fock basis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.15295v1
• Date: Wed, 19 Nov 2025 09:58:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-20 15:51:28.744646
• Title: Tensor-network approach to quantum optical state evolution beyond the Fock basis
• Title（参考訳）: Fock基底を超える量子光学状態の進化に対するテンソル・ネットワークのアプローチ
• Authors: Nikolay Kapridov, Egor Tiunov, Dmitry Chermoshentsev,
• Abstract要約: 非線形光学系の力学を効率的に捉えるテンソル・ネットワーク手法を提案する。 行列積状態(MPS)形式を用いることで、量子状態と演算子は共に高度に圧縮された形で符号化される。 この枠組みは、マルチモード量子光と非線形光学現象をモデル化するためのスケーラブルな経路を開く。
• 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: Understanding the quantum evolution of light in nonlinear media is central to the development of next-generation quantum technologies. Yet modeling these processes remains computationally demanding, as the required resources grow rapidly with photon number and phase-space resolution. Here we introduce a tensor-network approach that efficiently captures the dynamics of nonlinear optical systems in a continuous-variable representation. Using the matrix product state (MPS) formalism, both quantum states and operators are encoded in a highly compressed form, enabling direct numerical integration of the Schrödinger equation. We demonstrate the method by simulating degenerate spontaneous parametric down-conversion (SPDC) and show that it accurately reproduces established theoretical benchmarks - energy conservation, pump depletion, and quadrature squeezing - even in regimes where conventional Fock-basis simulations become infeasible. For high-intensity pump fields ($α= 100$), the MPS representation achieves compression ratios above $3\cdot 10^3$ while preserving physical fidelity. This framework opens a scalable route to modeling multimode quantum light and nonlinear optical phenomena beyond the reach of traditional methods.
• Abstract（参考訳）: 非線形媒体における光の量子進化を理解することは、次世代量子技術の発展の中心である。 しかし、これらのプロセスのモデリングは、必要なリソースが光子数と位相空間分解能によって急速に増大するにつれて、計算的に要求されるままである。 本稿では,非線形光学系の力学を連続変数表現で効率的に捉えるテンソル・ネットワーク手法を提案する。 行列積状態(MPS)形式を用いることで、量子状態と作用素は高度に圧縮された形で符号化され、シュレーディンガー方程式の直接数値積分が可能である。 本研究では, 従来のフォック・ベーシスシミュレーションが実現不可能な状況においても, 縮退型自然パラメトリックダウンコンバージョン (SPDC) を模擬し, エネルギー保存, ポンプの枯渇, 二次スキューズングなど, 確立された理論ベンチマークを正確に再現できることを実証する。 高強度ポンプ場(α=100$)の場合、MPS表現は物理的忠実さを保ちながら、$3\cdot 10^3$以上の圧縮比を達成する。 この枠組みは、従来の手法の範囲を超えて、マルチモード量子光と非線形光学現象をモデル化するためのスケーラブルな経路を開く。

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