論文の概要: Random-State Generation and Preparation Complexity in Rydberg Atom Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.18457v1
• Date: Mon, 20 Apr 2026 16:13:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 19:37:48.543536
• Title: Random-State Generation and Preparation Complexity in Rydberg Atom Arrays
• Title（参考訳）: Rydberg原子配列のランダム状態生成と合成複雑さ
• Authors: Edison S. Carrera, Grégoire Misguich,
• Abstract要約: ライドバーグ原子配列は量子多体系を研究するための強力なプラットフォームである。 我々は、周期鎖上のリードバーグ・イジング・ハミルトン系を考察し、ランダムな大域パルス列によって生成される状態のアンサンブルを数値的に研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Rydberg atom arrays are powerful platforms for studying quantum many-body systems. We consider the Rydberg-Ising Hamiltonian on periodic chains and numerically study ensembles of states generated by random global pulse sequences subject to hardware constraints and fixed evolution times. We compare the statistical properties of such states with those of Haar-random states within the relevant lattice symmetry sector. In the strong-interaction regime (short interatomic distance), the dynamics is governed by an effective blockade that restricts Hilbert-space exploration and limits entanglement growth. In this regime, level-spacing statistics of reduced density matrices are close to random-matrix predictions, while the distribution of measurement probabilities deviates from Porter-Thomas behavior. For weaker interactions (larger interatomic distance), the system approaches Haar-like statistics at long times, as reflected in entanglement entropy, entanglement spectrum statistics, and the distribution of measurement probabilities. At intermediate interactions, this behavior is observed on experimentally relevant timescales. Motivated by this observation, we investigate whether generic symmetric quantum states can be efficiently prepared using quantum optimal control in this regime. Employing target states drawn from an ensemble with a broad entropy distribution, we observe high fidelities (infidelities between $10^{-5}$ and $3\times 10^{-2}$ for 9 spins). The fidelity, however, decreases with the entanglement entropy of the target state, demonstrating that highly entangled states are intrinsically harder to prepare under realistic constraints.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子配列は量子多体系を研究するための強力なプラットフォームである。 我々は、周期的連鎖上のRydberg-Ising Hamiltonianについて考察し、ハードウェア制約と固定進化時間に従えば、ランダムなグローバルパルス列によって生成される状態のアンサンブルを数値的に研究する。 このような状態の統計的性質と関連する格子対称性セクター内のハールランダム状態の統計特性を比較する。 強い相互作用(短い原子間距離)では、力学はヒルベルト空間の探索を制限し、絡み合う成長を制限する効果的な封鎖によって支配される。 この体制では、密度行列のレベルスポーティング統計は無作為行列の予測に近づき、測定確率の分布はポーター・トーマスの振る舞いから逸脱する。 弱い相互作用(より大きな原子間距離)については、エンタングルメントエントロピー、エンタングルメントスペクトル統計、測定確率の分布に反映されるように、長い時間でハールのような統計にアプローチする。 中間相互作用では、この挙動は実験的な時間スケールで観察される。 この観察により、この状態における量子最適制御を用いて、汎用対称量子状態が効率的に作成できるかどうかを考察する。 広いエントロピー分布を持つアンサンブルから引き出されたターゲット状態を用いて、高い忠実度を観測する(9スピンに対して10^{-5}$と3\times 10^{-2}$の間の非忠実度)。 しかし、その忠実度はターゲット状態の絡み合いエントロピーによって減少し、高い絡み合い状態が本質的に現実的な制約の下で準備することが困難であることを示す。

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