論文の概要: Distinguishing synthetic unravelings on quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19889v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 18:56:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-28 15:26:51.439925
• Title: Distinguishing synthetic unravelings on quantum computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける合成解法の研究
• Authors: Eloy Piñol, Piotr Sierant, Dustin Keys, Romain Veyron, Miguel Angel García-March, Tanner Reese, Morgan W. Mitchell, Jan Wehr, Maciej Lewenstein,
• Abstract要約: 1量子ビットと2量子ビットに作用する量子回路として実装された合成アンラベリングを導入する。 軌跡間のばらつきと、平均的なフォン・ノイマンエントロピーが、理論と実験の両方において未発見物を区別していることが示される。 この結果から, 量子トラジェクタは, 非条件力学によって固定された値を超えて, 測定バックアクションに関する情報を符号化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16252563723817934
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Distinct monitoring or intervention schemes can produce different conditioned stochastic quantum trajectories while sharing the same unconditional (ensemble-averaged) dynamics. This is the essence of unravelings of a given Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad (GKSL) master equation: any trajectory-ensemble average of a function that is linear in the conditional state is completely determined by the unconditional density matrix, whereas applying a nonlinear function before averaging can yield unraveling-dependent results beyond the average evolution. A paradigmatic example is resonance fluorescence, where direct photodetection (jump/Poisson) and homodyne or heterodyne detection (diffusive/Wiener) define inequivalent unravelings of the same GKSL dynamics. In earlier work, we showed that nonlinear trajectory averages can distinguish such unravelings, but observing the effect in that optical setting requires demanding experimental precision. Here we translate the same idea to a digital setting by introducing synthetic unravelings implemented as quantum circuits acting on one and two qubits. We design two unravelings - a projective measurement unraveling and a random-unitary "kick" unraveling - that share the same ensemble-averaged evolution while yielding different nonlinear conditional-state statistics. We implement the protocols on superconducting-qubit hardware provided by IBM Quantum to access trajectory-level information. We show that the variance across trajectories and the ensemble-averaged von Neumann entropy distinguish the unravelings in both theory and experiment, while the unconditional state and the ensemble-averaged expectation values that are linear in the state remain identical. Our results provide an accessible demonstration that quantum trajectories encode information about measurement backaction beyond what is fixed by the unconditional dynamics.
• Abstract（参考訳）: 個別の監視や介入スキームは、同じ非条件(平均値)のダイナミクスを共有しながら異なる条件付き確率的量子軌道を生成することができる。 これは、与えられたゴリーニ-コサコフスキー-スダルシャン-リンドブラッド(GKSL)マスター方程式(英語版)(Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad: GKSL)の未開集合の本質である: 条件状態において線型な函数の任意の軌道・アンサンブル平均は、非条件密度行列によって完全に決定されるが、平均化前の非線形関数を適用すると、平均的進化を超えて非開化依存の結果が得られる。 共鳴蛍光では、直接光検出(ジャンプ/ポアソン)とホモダインまたはヘテロダイン検出(拡散/ウィナー)が、同じGKSLダイナミクスの等価な不均等を定義できる。 初期の研究では、非線形軌道平均値がそのような不測点を区別できることを示したが、その光学的条件での効果を観察するには実験精度が必要であった。 ここでは、同じアイデアを1量子ビットと2量子ビットに作用する量子回路として実装された合成アンラベリングを導入することで、デジタル設定に変換する。 我々は、異なる非線形条件状態統計を導出しながら、同じアンサンブル平均進化を共有できる2つのアンラベリング(射影測定アンラベリングとランダム単体「キック」アンラベリング)を設計する。 我々は,IBM Quantumが提供する超伝導量子ビットハードウェア上で,軌道レベルの情報にアクセスするためのプロトコルを実装した。 トラジェクトリーとアンサンブル平均フォン・ノイマンエントロピーの差異は、条件のない状態と、状態が線形であるアンサンブル平均期待値が同じであるのに対して、理論と実験の両方において未開点を区別することを示す。 この結果から, 量子トラジェクタは, 非条件力学によって固定された値を超えて, 測定バックアクションに関する情報を符号化する。

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