論文の概要: Sub-Bath Cooling in Bosonic Systems: Gaussian Constraints and Non-Gaussian Enhancements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.10703v1
• Date: Thu, 11 Dec 2025 14:41:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-12 16:15:42.424846
• Title: Sub-Bath Cooling in Bosonic Systems: Gaussian Constraints and Non-Gaussian Enhancements
• Title（参考訳）: ボソニック系のサブバス冷却:ガウス的制約と非ガウス的拡張
• Authors: Wen-Han Png, Xueyuan Hu, Valerio Scarani,
• Abstract要約: 連続可変量子システムを冷却するための一般的な枠組みを開発する。 ガウス性によって課される制約と非ガウス的相互作用によって実現される利点を同定する。 本研究は,CVヒートバスのアルゴリズム冷却の基本的な限界を確立するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Cooling quantum systems with finite resources is a central task in quantum technologies and has been extensively explored in discrete-variable settings. As continuous-variable (CV) platforms play an increasingly important role in quantum information processing, it becomes crucial to understand the fundamental limitations of cooling bosonic systems. In this work, we develop a general framework for cooling CV systems, identifying both the constraints imposed by Gaussianity and the advantages enabled by non-Gaussian interactions. We derive a reachable bound on the cooling performance of Gaussian operations that applies to arbitrary cooling architectures. By optimizing over all protocols saturating this bound, we further identify the most efficient scheme, which minimizes dissipated energy for a given number of ancilla modes. Beyond Gaussian operations, we show that $p$-excitation exchange exploits non-Gaussian resources to achieve a $p$-fold enhancement of the cooling limit. Our results establish the fundamental limits of CV heat-bath algorithmic cooling and reveal the crucial role of non-Gaussianity in surpassing Gaussian cooling barriers.
• Abstract（参考訳）: 量子システムを有限資源で冷却することは、量子技術の中心的な課題であり、離散変数設定で広く研究されてきた。 連続可変(CV)プラットフォームは、量子情報処理においてますます重要な役割を担っているため、冷却ボソニックシステムの基本的な限界を理解することが重要である。 本研究では,ガウス性による制約と非ガウス的相互作用による利点の両方を識別し,CVシステムの冷却のための一般的な枠組みを開発する。 任意の冷却アーキテクチャに適用可能なガウス演算の冷却性能に到達可能な境界を導出する。 この境界を飽和させる全てのプロトコルを最適化することにより、与えられた多数のアンシラモードの散散エネルギーを最小化する最も効率的なスキームをさらに特定する。 ガウス演算以外にも、$p$-excitation Exchangeは非ガウス資源を利用して冷却限界の$p$-fold向上を達成することを示す。 本研究は, CVヒートバスのアルゴリズム冷却の基本的限界を確立し, ガウス冷却障壁を超える非ガウス性の重要性を明らかにする。

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