論文の概要: Deterministic Generation of Arbitrary Fock States via Resonant Subspace Engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.12156v1
- Date: Thu, 12 Feb 2026 16:36:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.940933
- Title: Deterministic Generation of Arbitrary Fock States via Resonant Subspace Engineering
- Title（参考訳）: 共振サブスペース工学による任意フォック状態の決定論的生成
- Authors: Shan Jin, Ming Li, Weizhou Cai, Zi-Jie Chen, Yifang Xu, Yilong Zhou, Hongwei Huang, Yunlai Zhu, Ziyue Hua, Guang-Can Guo, Luyan Sun, Xiaoting Wang, Chang-Ling Zou,
- Abstract要約: 共振部分空間工学(Resonant Subspace Engineering, RSE)は、無限次元ボゾン力学を二次元不変部分空間に解析的に閉じ込めるプロトコルである。
RSEは進化時間とゲート深さの両方で$O(n1/4)のスケーリングを実現し、既存の決定論的スキームに対する根本的な改善を示している。
RSEは大規模ボソニック状態工学とゲート合成のためのスケーラブルで分析的に透過的なフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.529916381983394
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Deterministic preparation of high-excitation Fock states is a central challenge in bosonic quantum information, with control complexity that generically explodes as the Hilbert space dimension grows. Here we introduce resonant subspace engineering (RSE), a protocol that analytically confines the infinite-dimensional bosonic dynamics to a two-dimensional invariant subspace spanned by an initial coherent state and the target state. State transfer then reduces to a geodesic rotation on a synthetic Bloch sphere, governed by resonance and phase-matching conditions we derive in closed form. For single Fock states, RSE achieves $O(n^{1/4})$ scaling in both evolution time and gate depth, showing a fundamental improvement over existing deterministic schemes. The construction generalizes to $K$-component superpositions via a $(K{+}1)$-dimensional invariant subspace with full $\mathrm{SU}(K{+}1)$ controllability, requiring only 3-5 iterations of operations for superpositions spanning photon numbers 70--100. RSE provides a scalable and analytically transparent framework for large-scale bosonic state engineering and gate synthesis across single- and multimode platforms.
- Abstract（参考訳）: 高励起フォック状態の決定論的準備は、ボゾン量子情報において中心的な課題であり、ヒルベルト空間次元が大きくなるにつれて一般化的に爆発する制御複雑性を持つ。
ここでは、初期コヒーレント状態と対象状態にまたがる2次元不変部分空間に無限次元ボソニック力学を解析的に閉じ込めるプロトコルである共振部分空間工学(RSE)を紹介する。
状態移動は、閉形で導かれる共鳴と位相整合条件によって支配される合成ブロッホ球上の測地回転に還元される。
単一のフォック状態に対して、RSEは進化時間とゲート深さの両方で$O(n^{1/4})$スケーリングを達成し、既存の決定論的スキームよりも根本的な改善を示す。
この構成は、$(K{+}1)$-次元不変部分空間とフル$\mathrm{SU}(K{+}1)$制御性を通じて$K$成分の重ね合わせに一般化され、光子数 70-100 にまたがる重ね合わせに対してわずか3～5回の操作しか必要としない。
RSEは、大規模ボソニック状態工学と単一およびマルチモードプラットフォーム間のゲート合成のためのスケーラブルで分析的に透過的なフレームワークを提供する。
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