論文の概要: $W$- and Dicke-state engineering using optimal global control in nearest-neighbor coupled ring-shaped qubit arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19545v1
• Date: Mon, 22 Dec 2025 16:28:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-23 18:54:32.83727
• Title: $W$- and Dicke-state engineering using optimal global control in nearest-neighbor coupled ring-shaped qubit arrays
• Title（参考訳）: 隣り合うリング状量子ビットアレイの最適大域制御を用いた$W$-およびDicke状態工学
• Authors: Andrea Muratori, Vladimir M. Stojanovic, Eloisa Cuestas, Tommaso Calarco, Felix Motzoi,
• Abstract要約: 隣り合うIsing型(zz$)結合と横方向(x$,$y$)グローバルコントロールフィールドを持つリング状キュービットの配列を考える。 このシステムは、ファンダーワールス型相互作用を通じて相互作用する中性原子の円形配列である、リュードベルク・ブロッケード系外を模倣する。 制御方式により、所望のマルチキュービット状態の時間スケールでの作成が、それらのシステムのコヒーレンス時間よりもはるかに短いことを示す。
• 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: Motivated by a compelling need for time-efficient and robust schemes for quantum-state engineering in systems of neutral atoms in optical tweezers, we consider a ring-shaped array of qubits with nearest-neighbor Ising-type ($zz$) coupling and transverse ($x$ and $y$) global control fields. This system to a large extent mimics -- outside of the Rydberg-blockade regime -- a circular array of neutral atoms interacting through van-der-Waals type interaction. We investigate the preparation of $W$ and Dicke states in this system starting from the default initial state $|00\ldots 0\rangle$ using two different optimal-control approaches: (i) NMR-like pulse sequence, which consists of instantaneous (delta-shaped) control- and Ising-interaction pulses, and (ii) time-dependent control scheme, which entails shaped control pulses in the presence of always-on Ising interaction between adjacent qubits. By making use of the underlying dihedral symmetry of this system -- which allows one to use a symmetry-adapted computational basis with $\mathcal{O}(2^N / N)$ states in an $N$-qubit system -- and utilizing advanced global-optimization methods, we find optimal sequences of pulses for realizing $W$ and Dicke states within both approaches. In addition, we demonstrate robustness of these sequences against unavoidable control errors. Finally, using typical values of parameters in realistic Rydberg-atom systems, we show that our control schemes enable the preparation of the desired multiqubit states on time scales much shorter than the relevant coherence times of those systems.
• Abstract（参考訳）: 光ツイーザーにおける中性原子系における量子状態工学の時間効率とロバストなスキームの必要性から、最も近いアイシング型(zz$)カップリングと超越型(x$,$y$)グローバルコントロールフィールドを持つ環状の量子ビットの配列を考える。 このシステムは、ファンダーワール型相互作用を通じて相互作用する中性原子の円形配列である、ライドベルク・ブロッケード体制の外側で、広範囲に模倣されている。 2つの異なる最適制御手法を用いて、デフォルトの初期状態$|00\ldots 0\rangle$から始まるシステムにおける$W$とDicke状態の準備について検討する。 (i)瞬時(デルタ形状)制御とイジング相互作用パルスからなるNMR様パルスシーケンス、及び (II) 隣接量子ビット間のイジング相互作用の存在下での形状制御パルスを含む時間依存制御方式。 このシステムの基礎となる二面体対称性(英語版)を利用し、$$N$-qubitシステムにおける$\mathcal{O}(2^N / N)$状態の対称性適応型計算基底を使用することにより、両方のアプローチで$W$とDicke状態を実現するためのパルスの最適なシーケンスを見つける。 さらに、避けられない制御エラーに対して、これらのシーケンスの堅牢性を示す。 最後に,現実的なRydberg-atom系におけるパラメータの典型的な値を用いて,これらの系のコヒーレンス時間よりもはるかに短い時間スケールで,所望のマルチキュービット状態の生成を可能にする制御方式を示す。

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