論文の概要: Single-shot Quantum State Classification via Nonlinear Quantum Amplification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.12168v1
• Date: Sat, 17 Jan 2026 21:10:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-21 22:47:22.493277
• Title: Single-shot Quantum State Classification via Nonlinear Quantum Amplification
• Title（参考訳）: 非線形量子増幅による単一ショット量子状態分類
• Authors: Elif Cüce, Saeed A. Khan, Boris Mesits, Michael Hatridge, Hakan E. Türeci,
• Abstract要約: 単一ショット量子状態分類は線形状態の外部で量子増幅器を動作させることの利点を示す。 状態判別に適した性能指標を導入することにより、非線形増幅が測定可能な優位性をもたらす操作条件を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.20878272814614096
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum amplifiers are intrinsically nonlinear systems whose performance limits are set by quantum mechanics. In quantum measurement, amplifier operation is conventionally optimized in the linear regime by maximizing signal-to-noise ratio, an objective that is well-suited to parameter estimation but is typically insufficient for more general tasks such as arbitrary quantum state discrimination. Here we show that single-shot quantum state classification can benefit from operating a quantum amplifier outside the linear regime, when the measurement chain is optimized end-to-end for a task-specific cost function. We analyze a realistic superconducting readout architecture that includes state preparation, cryogenic nonlinear amplification, and room-temperature detection with finite noise. By introducing performance metrics tailored to state discrimination, we identify operating regimes in which nonlinear amplification provides a measurable advantage and clarify the trade-offs that ultimately limit classification fidelity. Our results propose the utility of practical nonlinear quantum amplifiers for quantum state discrimination, and are the first step in a broader research program aimed at developing a general framework for end-to-end, resource-limited optimization of nonlinear quantum amplifiers for such quantum information processing applications.
• Abstract（参考訳）: 量子増幅器は本質的に非線形システムであり、性能限界は量子力学によって設定される。 量子測定では、増幅器の動作は、パラメータ推定に適しているが、任意の量子状態判別のようなより一般的なタスクには不十分な信号-雑音比を最大化することで、線形状態において従来最適化されている。 ここでは,タスク固有のコスト関数に対して,測定チェーンをエンドツーエンドに最適化した場合に,線形状態の外部で量子増幅器を動作させることにより,単一ショットの量子状態分類が有用であることを示す。 我々は、状態準備、低温非線形増幅、有限ノイズによる室温検出を含む現実的な超伝導リードアウトアーキテクチャを解析する。 状態判別に適した性能指標を導入することにより、非線形増幅が測定可能な優位性を提供する運用体制を特定し、最終的に分類の正確性を制限するトレードオフを明らかにする。 本研究は, 量子状態判別のための実用的な非線形量子増幅器の実用性について提案し, 量子情報処理用非線形量子増幅器のエンド・ツー・エンド・エンド・エンド・リソース制限最適化のための汎用的なフレームワークの開発を目的とした, より広範な研究プログラムの第一段階である。

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