論文の概要: Wave--particle transition and quantum Zeno effect in which-way experiments with a superconducting quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19115v1
• Date: Tue, 21 Apr 2026 05:53:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.641845
• Title: Wave--particle transition and quantum Zeno effect in which-way experiments with a superconducting quantum processor
• Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサを用いた片道実験における波-粒子遷移と量子ゼノ効果
• Authors: Shiyu Wang, Zhiguang Yan, Clemens Gneiting, Rui Li, Franco Nori, Yasunobu Nakamura,
• Abstract要約: 測定方法によっては、粒子は波状または粒子状のいずれかの性質を示す。 2次元(2次元)超伝導量子プロセッサにマッハ・ツェンダー干渉法を実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6789774080172184
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Wave--particle duality demonstrates the peculiar nature of quantum mechanics. In which-way experiments, depending on the measurement scheme, a particle exhibits either wave-like or particle-like properties, as summarized by Bohr's principle of complementarity. In this work, we implement Mach-Zehnder (MZ) interferometry on a two-dimensional (2D) superconducting quantum processor. With precise control of the which-way measurement strength, we demonstrate the transition of a photon from wave-like to particle-like behavior. Furthermore, by performing quantum state tomography on two qubits located in the two paths, we demonstrate that which-way measurements break the entanglement and coherence between the two paths and cause information leakage from the quantum system to the environment. To capture this behavior quantitatively, we derive complementarity relations between the entropy and the fringe visibility. By applying a continuous which-way measurement during the evolution, we also observe the quantum Zeno effect that partially obstructs the interferometer path, giving rise to nonmonotonic behavior of purity and von Neumann entropy. Our experiments provide a detailed characterization of the full interferometer dynamics, reveal the relation between wave--particle duality and quantum information, and demonstrate the potential of superconducting quantum processors for testing quantum foundations under high precision and controllability.
• Abstract（参考訳）: 波動-粒子双対性は量子力学の特異な性質を示す。 測定方法によっては、粒子は波状または粒子状の性質を示すが、これはボーアの相補性原理によって要約される。 本研究では,2次元超伝導量子プロセッサにマッハ・ツェンダー干渉計(MZ)を実装した。 両方向の測定強度を正確に制御することにより,光子の波状挙動から粒子状挙動への遷移を示す。 さらに、2つの経路にある2つの量子ビット上で量子状態トモグラフィーを行うことにより、どちらの測定が2つの経路間の絡み合いとコヒーレンスを破り、量子システムから環境への情報漏洩を引き起こすかを示す。 この挙動を定量的に捉えるために,エントロピーとフレンチ可視性の間の相補関係を導出する。 進化中に連続的な全方向測定を適用することで、干渉計の経路を部分的に阻害する量子ゼノ効果も観察し、純度の非単調な振る舞いとフォン・ノイマンのエントロピーを引き起こす。 本実験は、全干渉計のダイナミクスを詳細に解析し、波動-粒子の双対性と量子情報との関係を明らかにし、高精度で制御可能な量子基盤をテストするための超伝導量子プロセッサの可能性を示す。

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