論文の概要: Quantum optimal control of the Dicke manifold in dipolar Rydberg atom arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.02283v2
- Date: Tue, 09 Jun 2026 22:29:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-11 14:23:44.299847
- Title: Quantum optimal control of the Dicke manifold in dipolar Rydberg atom arrays
- Title（参考訳）: 双極子ライドバーグ原子アレイにおけるディック多様体の量子最適制御
- Authors: Ivy Pannier-Günther, Vikas Buchemmavari, Pablo M. Poggi, Ivan H. Deutsch,
- Abstract要約: 我々は,多体系の量子状態を設計し,制御する能力について検討する。
N$ qubits のレジスタに対して、ヒルベルト空間次元は指数関数的に 2N$ になる。
局所アドレスをほとんどあるいは全く持たない制御方式に勾配上昇パルス工学(GrAPE)を実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The ability to engineer and control quantum states of many-body systems is a central challenge in quantum information science. For a register of $N$ qubits, the full Hilbert space dimension grows exponentially as $2^N$, rendering generic state preparation and control infeasible without exploiting structure or symmetry. A particularly important and physically motivated restriction is to the fully symmetric subspace, spanned by the Dicke states, which are simultaneous eigenstates of collective spin $J=N/2$. Ensembles of Rydberg atoms interacting via electric dipoles in two-dimensional tweezer arrays form a promising platform for achieving such control. However, the finite range of dipole-dipole interactions poses a challenge to generating and controlling the Dicke manifold because the Hamiltonian incurs leakage from the computational subspace. To counteract this leakage, we perform quantum optimal control algorithms on a truncated Hilbert space according to our newly developed method of ``irrep distillation'' (IRD), which captures the process by which the symmetric subspace couples to leakage error-spaces, using only linear-scaling Hilbert dimension. We implement gradient ascent pulse engineering (GrAPE) on control schemes with little or no local addressing, to generate resourceful states like Greenberger-Horne-Zeilinger, Dicke, and extremal quantum states. We benchmark each scheme of IRD-GrAPE for its quantum speed limit (QSL), as well as exactly testing pulse fidelities on small system sizes and predicting fidelities using higher-order IRD on larger systems.
- Abstract（参考訳）: 多体系の量子状態を設計し制御する能力は、量子情報科学における中心的な課題である。
N$ qubits のレジスタの場合、ヒルベルト空間の次元は指数関数的に 2^N$ になり、構造や対称性を使わずに一般的な状態の準備と制御が不可能になる。
特に重要で物理的に動機づけられた制限は、全対称部分空間であり、Dicke状態は集合スピン$J=N/2$の同時固有状態である。
2次元ツイーザーアレイにおける電気双極子を介して相互作用するライドバーグ原子の集合は、そのような制御を達成するための有望なプラットフォームを形成する。
しかし、有限範囲の双極子-双極子相互作用は、ハミルトニアンが計算部分空間から漏れ込むため、ディック多様体の生成と制御に挑戦する。
このリークに対処するために、我々は、線形スケーリングヒルベルト次元のみを用いて対称部分空間がリークエラー空間に結合する過程を捉える、新たに開発された 'irrep distillation' (IRD) 法に従って、トランキャットされたヒルベルト空間上で量子最適制御アルゴリズムを実行する。
局所アドレッシングの少ない制御スキームに勾配上昇パルス工学(GrAPE)を実装し,グリーンバーガー・ホルン・ザイリンガー,ディック,エクストリーム量子状態などの資源の多い状態を生成する。
IRD-GrAPEの各スキームをQSL(quantum speed limit)でベンチマークし、小さなシステムサイズでパルス忠実度を正確にテストし、より大きなシステムで高次IRDを用いて忠実度を予測する。
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