論文の概要: Measuring Mixed-State Topological Invariant in Open Photonic Quantum Walk

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24857v1
• Date: Wed, 31 Dec 2025 13:32:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.665384
• Title: Measuring Mixed-State Topological Invariant in Open Photonic Quantum Walk
• Title（参考訳）: オープンフォトニック量子ウォークにおける混合状態位相不変量の測定
• Authors: Qin-Qin Wang, Xiao-Ye Xu, Yong-Jian Han, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
• Abstract要約: 混合状態位相不変量を測定するための実験的プロトコルを報告した。 フォトニック量子ウォークにおける非単位力学の工学的制御により、自明な初期状態から位相的に非自明な混合状態を作成する。 これらの結果は、熱平衡の内外の両方で自然に開量子系に拡張される幾何学的位相の枠組みを浮き彫りにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.08155575318208629
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Pure-state manifestations of geometric phase are well established and have found applications across essentially all branches of physics, yet their generalization to mixed-state regimes remains largely unexplored experimentally. The Uhlmann geometric phase offers a natural extension of pure-state paradigms and can exhibit a topological character. However, observation of this invariant is impeded by the incompatibility between Uhlmann parallel transport and Hamiltonian dynamics, as well as the difficulty of preparing topologically nontrivial mixed states. To address this challenge, we report an experimentally accessible protocol for directly measuring the mixed-state topological invariant. By engineering controlled nonunitary dynamics in a photonic quantum walk, we prepare topologically nontrivial mixed states from a trivial initial state. Furthermore, by machine-learning the full density matrix in momentum space, we directly extract the quantized geometric phase of the nontrivial mixed states. These results highlight a geometric phase framework that naturally extends to open quantum systems both in and out of thermal equilibrium.
• Abstract（参考訳）: 幾何相の純粋状態の表現は十分に確立されており、物理学のすべての分野に応用が認められたが、混合状態の状態への一般化は実験的にはほとんど解明されていない。 ウルマン幾何学相は純粋状態パラダイムの自然な拡張を提供し、位相的特性を示すことができる。 しかし、この不変量の観測は、ユールマン平行輸送とハミルトン力学の不整合性、および位相的に非自明な混合状態を作成することの難しさによって妨げられている。 この課題に対処するため、混合状態位相不変量を直接測定するための実験的にアクセス可能なプロトコルを報告した。 フォトニック量子ウォークにおける非単位力学の工学的制御により、自明な初期状態から位相的に非自明な混合状態を作成する。 さらに、運動量空間における全密度行列を機械学習することにより、非自明な混合状態の量子化幾何位相を直接抽出する。 これらの結果は、熱平衡の内外の両方で自然に開量子系に拡張される幾何学的位相の枠組みを浮き彫りにしている。

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