論文の概要: Bit flips, saturation, and quantum chaos in dissipative cat qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24100v1
• Date: Fri, 22 May 2026 18:05:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-26 19:50:17.629031
• Title: Bit flips, saturation, and quantum chaos in dissipative cat qubits
• Title（参考訳）: 散逸性猫量子ビットにおけるビットフリップ、飽和、および量子カオス
• Authors: Filippo Ferrari, Joachim Cohen, Vincenzo Savona, Fabrizio Minganti,
• Abstract要約: 現実的な散逸性猫量子ビットにおけるビットフリップの性質について検討する。 通常の力学では、ビットフリップはカオスバーストとして表される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Bosonic cat qubits promise hardware-efficient quantum error correction because their logical bit-flip rate is exponentially suppressed with the photon number of the cat state. However, several experiments report a saturation of this suppression at large photon numbers, thus limiting the achievable protection. Combining quantum-trajectory simulations, semiclassical analysis, and Liouvillian spectral methods, we investigate the properties of bit flips in realistic dissipative cat qubits, where a memory mode hosting quantum information interacts with a dissipative buffer cavity. We show that bit flips are dynamical processes inherently involving both the memory and buffer, and therefore cannot be captured by single-mode approximate descriptions. We identify a reflection symmetry, resulting in a phase-locking condition at the semiclassical level and for quantum trajectories, as the main requirement for regular bit-flip dynamics. Its breakdown is the origin of the saturation, and we find that it occurs when two conditions are met. First, the adiabatic approximation, where the state of the buffer instantaneously follows that of the memory, must not be valid, which typically happens at large photon numbers. Second, key parameters such as the cross-Kerr interaction and dephasing must be present, leading to irregular dynamics in which memory fluctuations are amplified by the buffer during bit flips. In this regime, we find that bit flips manifest as chaotic bursts within otherwise regular dynamics, as evidenced by both changes in the topology of quantum trajectories and in the Liouvillian spectrum and its associated eigenmodes involved in these switching events. Finally, we verify our predictions against experimental data, highlighting the detrimental role of dissipative chaotic behavior in bosonic error-correcting codes.
• Abstract（参考訳）: ボソニックキャット量子ビットは、その論理ビットフリップ速度が猫状態の光子数で指数関数的に抑制されるため、ハードウェア効率の量子誤差補正を約束する。 しかし、いくつかの実験では、この抑制が大きな光子数で飽和していることが報告され、達成可能な保護が制限された。 量子軌道シミュレーション,半古典解析,およびリウヴィリア分光法を組み合わせることで,量子情報をホストするメモリモードが拡散バッファーキャビティと相互作用する現実的な散逸猫量子ビットにおけるビットフリップの特性について検討する。 ビットフリップは本質的にメモリとバッファの両方を包含する動的プロセスであり,従って単一モードの近似記述では捕捉できないことを示す。 我々は反射対称性を同定し、半古典レベルと量子軌道の位相ロック条件を正則ビットフリップ力学の主要件とする。 その崩壊は飽和の起源であり、2つの条件が満たされたときに起こることが分かる。 第一に、バッファの状態がメモリの状態に瞬時に従わなければならない断熱近似は、大きめの光子数で起こるのが普通である。 第二に、クロスカー相互作用やデファス化といった重要なパラメータが存在しなければならず、ビットフリップ中にバッファによってメモリ変動が増幅される不規則なダイナミクスが発生する。 この体制では、量子軌道のトポロジーや、リウヴィリアスペクトルとその関連する固有モードの変化によって証明されるように、ビットフリップが他の通常の力学の中でカオスバーストとして表される。 最後に,実験データに対する予測を検証し,ボソニックな誤り訂正符号における散逸的カオス行動の有害な役割を明らかにする。

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