論文の概要: Regularized Counterdiabatic Driving for the Quantum Rabi Model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.18237v1
• Date: Mon, 18 May 2026 11:31:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:49.494772
• Title: Regularized Counterdiabatic Driving for the Quantum Rabi Model
• Title（参考訳）: 量子ラビモデルのための正規化対空駆動
• Authors: Julián Ferreiro-Vélez, Pablo García-Azorín, F. A. Cárdenas-López, Xi Chen,
• Abstract要約: カウンター・ダイアバティック(CD)運転は、高速で堅牢な状態準備への強力な経路を提供する。 物理的動機付けされた再正規化スキームを備えた変分最適化フレームワークを提案する。 我々は、非有界ヒルベルト空間を持つ連続変数系にCD駆動を一貫して拡張できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9401701913263785
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Counter-diabatic (CD) driving provides a powerful route to fast and robust state preparation by suppressing diabatic excitations during finite-time evolution. Yet, deriving analytical CD protocols for complex systems remains challenging, motivating the development of variational approaches. These methods typically rely on minimizing trace-based functionals to construct approximate control Hamiltonians. However, in unbounded systems, such functionals can become ill-defined because of the unbounded bosonic Hilbert space, leading to divergent cost functions and unphysical variational coefficients. Here, we introduce a variational optimization framework equipped with physically motivated renormalization schemes that regularize the trace-based metric by restricting it to relevant displaced and low-energy subspaces. As a paradigmatic example, we apply our method to the quantum Rabi model beyond the dispersive approximation and identify two distinct CD contributions that couple the atomic degree of freedom to the position and momentum quadratures of the field. These terms suppress diabatic excitations across coupling regimes ranging from strong to deep-strong light--matter interaction. We further formulate a fidelity-based quantum optimal-control strategy that bypasses the limitations of trace-based variational methods. Finally, we show that the resulting CD terms can be implemented via Floquet engineering through parametric modulation of the native Hamiltonian. Our results demonstrate that CD driving can be consistently extended to continuous-variable systems with unbounded Hilbert spaces, providing a controlled and scalable framework for quantum control in strongly interacting light-matter platforms.
• Abstract（参考訳）: カウンター・ダイアバティック(CD)駆動は、有限時間進化中のダイアバティック励起を抑制することにより、高速で堅牢な状態準備への強力な経路を提供する。 しかし、複雑なシステムに対する分析CDプロトコルの導出は依然として困難であり、変分的アプローチの開発を動機付けている。 これらの手法は典型的には、近似制御ハミルトニアンを構成するためにトレースベースの函数を最小化することに依存する。 しかし、非有界系において、そのような函数は非有界なボソニックヒルベルト空間のために不定義となり、発散コスト関数と非物理的変動係数をもたらす。 本稿では,物理的に動機付けられた再正規化スキームを組み込んだ変分最適化フレームワークを導入し,関係する変位および低エネルギー部分空間に制限を加えることによりトレースベースの計量を規則化する。 パラダイム的な例として、分散近似を超越した量子ラビモデルに適用し、磁場の位置と運動量に原子的自由度を結合する2つの異なるCD寄与を同定する。 これらの用語は、強い光と深い光の相互作用を含む結合状態におけるダイアバティックな励起を抑える。 さらに、トレースベースの変分法の制限を回避した、忠実度に基づく量子最適制御戦略を定式化する。 最後に、この結果のCD項は、ネイティブハミルトニアンのパラメトリック変調によってフロケ工学によって実現可能であることを示す。 以上の結果から,CD駆動は非有界ヒルベルト空間を持つ連続可変系に連続的に拡張可能であることが示され,強い相互作用を持つ光物質プラットフォームにおける量子制御のための制御およびスケーラブルなフレームワークが提供される。

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