論文の概要: Maximizing Information Flow in Three-Coin Quantum Walk: from Initial Entanglement to Integrated Photonic Implementation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.02942v1
- Date: Mon, 01 Jun 2026 22:49:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-03 22:00:04.630683
- Title: Maximizing Information Flow in Three-Coin Quantum Walk: from Initial Entanglement to Integrated Photonic Implementation
- Title（参考訳）: 三次元量子ウォークにおける情報フローの最大化:初期絡み合いから統合フォトニック実装まで
- Authors: Seyed Mohsen Moosavi Khansari,
- Abstract要約: 3枚の絡み合ったコインで動きを制御する1次元格子上に歩行器を導入する。
コインと位置の間の相互情報$I(C;P;t)$を計算する。
本研究は,情報フローと空間拡散を最大化するための動的資源として,三部交絡を確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Discrete-time quantum walks are powerful platforms for simulating quantum transport and information processing. Here we introduce a walker on a one-dimensional lattice whose motion is controlled by three entangled coins, each initialized with the Hadamard gate, aiming to maximize information flow. The walker moves only when all three coins yield the same outcome (HHH or TTT), thus coupling the 8-dimensional coin Hilbert space to the position degree of freedom. By analyzing fully separable, fully entangled (GHZ-type) and intermediate initial states, and using the von Neumann entropy of reduced subsystems, we compute the mutual information $I(C;P;t)$ between coin and position. The results show that initial three-partite entanglement accelerates the growth of mutual information by up to 18\% after ten steps (when compared to the lower of the two separable states), although it exhibits short-term non-monotonic dynamics due to quantum interference. For the first time, we introduce a tunable parameter $α$ (amplitude of non-displacement states) and show that the GHZ state reaches a maximum of mutual information at $α\approx 0.71$ - a key finding for optimal control of information flow. Finally, an integrated photonic implementation using polarization, spatial modes and time bins is proposed, where $α$ can be tuned with nonlinear or electro-optic elements. A scalable numerical framework (Python code) for simulations up to $t = 5$ steps is provided. Our findings establish three-partite entanglement as a dynamical resource for maximizing information flow and spatial spreading, with direct applications in quantum state transfer, entanglement-assisted sensing and programmable photonic quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 離散時間量子ウォークは、量子輸送と情報処理をシミュレートするための強力なプラットフォームである。
ここでは3つの絡み合ったコインで動きを制御する1次元格子上に歩行器を導入し,それぞれがアダマールゲートに初期化され,情報フローの最大化を目指す。
ウォーカーは、3つの硬貨が同じ結果(HHHまたはTTT)を得るときにのみ動くため、8次元の硬貨ヒルベルト空間を自由度に結合する。
完全分離可能(GHZ型)および中間初期状態を分析し、還元されたサブシステムのフォン・ノイマンエントロピーを用いて、コインと位置の間の相互情報$I(C;P;t)$を計算する。
その結果, 量子干渉による短期的非単調力学を呈するが, 初期の3粒子絡み合いは10ステップ後に最大18\%の相互情報の増大を加速させることがわかった。
初めて、調整可能なパラメータ$α$(非変位状態の振幅)を導入し、GHZ状態が相互情報の最大値である$α\approx 0.71$に達することを示す。
最後に、偏光、空間モード、時間ビンを用いた集積フォトニック実装を提案し、そこでは、$α$を非線形または電気光学素子でチューニングすることができる。
シミュレーション用のスケーラブルな数値フレームワーク(Pythonコード)が提供される。
本研究は,情報フローと空間拡散を最大化するための動的資源として,量子状態伝達,絡み込み支援センシング,プログラム可能なフォトニック量子プロセッサに直接応用することを目的とした。
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