論文の概要: Quantum Non-Gaussian State Preparation of Levitated Particles via Time-Dependent Control of Weakly Nonharmonic Hybrid Potentials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.10042v1
• Date: Mon, 08 Jun 2026 18:14:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-10 15:40:58.122418
• Title: Quantum Non-Gaussian State Preparation of Levitated Particles via Time-Dependent Control of Weakly Nonharmonic Hybrid Potentials
• Title（参考訳）: 弱非調和ハイブリッドポテンシャルの時間依存性制御による浮上粒子の量子非ガウス状態生成
• Authors: Piotr T. Grochowski, Oriol Romero-Isart,
• Abstract要約: 本研究では,様々な量子状態において,浮動小天体の自由度を連続的に変化させる理論的プロトコルを提案する。 本手法は、過渡波動関数の非局在化による非調和効果の弱さを高め、これを電位の最適制御と組み合わせる。 このような制御下での量子状態生成を解析し、非ガウス状態の生成に必要な非調和性、運動的非局在化、許容可能な最大デコヒーレンスを推定する。
• 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: Levitated high-mass quantum systems provide access to unprecedented regimes in both fundamental science and technological applications. However, deterministic generation and manipulation of quantum non-Gaussian states, which are central to many continuous-variable quantum advantages, remain elusive in such platforms. In this work, we propose a theoretical protocol for preparing a continuous-variable degree of freedom of a levitated massive object in a variety of quantum states, including Fock and Schrödinger cat states, without coupling to auxiliary two-level systems. Our approach enhances otherwise weak nonharmonic effects by transient wave-function delocalization and combines this with optimal control of the potential. Specifically, time-dependent modulation of the linear component of the potential, in the presence of a static cubic nonharmonicity, provides a route to universal control of the mode. We analyze quantum state preparation under such control and estimate the required nonharmonicity, motional delocalization, and maximum tolerable decoherence for generating target non-Gaussian states. The proposed optimal-control scheme can also be readily extended beyond single-particle state preparation, for example, to unitary transformations and nonlinear measurements. As a concrete example, we demonstrate mechanical Bell-state preparation for two interacting particles using only local modulation of weakly nonharmonic potentials, while the interparticle interaction remains effectively linear. We emphasize that the protocols presented here apply to different mechanical degrees of freedom, such as center-of-mass motion and libration, and can also be implemented in other weakly nonharmonic systems with a leading cubic nonharmonicity.
• Abstract（参考訳）: 浮上した高質量量子システムは、基礎科学と技術応用の両方において前例のない状態にアクセスできる。 しかし、連続変数の量子アドバンテージの中心である量子非ガウス状態の決定論的生成と操作は、そのようなプラットフォームにおいて依然として解明されている。 本研究では,Fock や Schrödinger cat 状態を含む多種多様な量子状態において,補助的な二段階系に結合することなく,浮遊した大物体の自由度を連続的に生成する理論的プロトコルを提案する。 本手法は、過渡波動関数の非局在化による非調和効果の弱さを高め、これを電位の最適制御と組み合わせる。 具体的には、静的な立方体非調和性の存在下で、ポテンシャルの線形成分の時間依存的な変調は、モードの普遍的な制御への経路を提供する。 このような制御下での量子状態生成を解析し、非ガウス状態の生成に必要な非調和性、運動的非局在化、許容可能な最大デコヒーレンスを推定する。 提案した最適制御スキームは、例えば単体変換や非線形測定など、単一粒子状態の準備を超えて容易に拡張できる。 実例として、弱い非調和ポテンシャルの局所変調のみを用いた2つの相互作用粒子の機械的ベル状態生成を実証するが、粒子間相互作用は効果的に線形である。 ここで提示されるプロトコルは、中心運動やリブレーションなどの異なる機械的自由度に適用でき、また、立方的非調和性を持つ他の弱い非調和系にも実装可能であることを強調する。

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