論文の概要: Optimal stellar rank approximation of squeezed cat states with photon catalysis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.02427v1
- Date: Thu, 02 Jul 2026 16:57:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-03 19:45:08.93625
- Title: Optimal stellar rank approximation of squeezed cat states with photon catalysis
- Title（参考訳）: 光子触媒による猫の収縮状態の最適星位近似
- Authors: Julian K. Nauth, Nathan Walk, Ananga M. Datta, Kurt Busch, Jens Eisert, Oliver Benson, Roger A. Kögler,
- Abstract要約: 非ガウス量子状態と演算は、量子計算上の優位性を達成し、ボソニックプラットフォームにおける量子エラー補正を可能にするために不可欠な資源である。
ここでは, 圧縮コヒーレント状態重畳生成のための低数フォック状態と圧縮状態との間の光子資源の適合性について, 詳細な解析を行った。
- 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: Non-Gaussian quantum states and operations constitute essential resources for achieving quantum computational advantage and enabling quantum error correction in bosonic platforms. However, their generation in optical settings remains a challenging experimental task, often relying on probabilistic heralded protocols. Here, we present an in-depth analysis of the suitability of photon catalysis between low number Fock states and squeezed states for the generation of squeezed coherent state superpositions. We employ the stellar rank formalism to characterize the non-Gaussian complexity of input resources (including both states and measurements) and the generated states. This enables a systematic comparison of the fidelity between the catalyzed output and the target states to the maximum fidelity achievable by any protocol with the same non-Gaussian input resources. In this sense, we identify instances where the catalysis protocols considered here are provably optimal. We identify parameter regimes in which high-fidelity approximations of the target states can be achieved with minimal resources. Furthermore, we benchmark the performance of photon catalysis against Gaussian boson sampling-inspired protocols in terms of success probability and state quality, highlighting the advantages of deterministic Fock state sources. We also investigate the generation of related non-Gaussian resources including squeezed Fock states relevant for quantum error correction. To account for experimental imperfections, we model losses across all optical modes using a Hilbert space truncation approach in the Fock basis and analyze the robustness of the generated states under realistic conditions. Our results quantify the trade-offs between non-Gaussian resource complexity, achievable fidelity, and losses in photon catalysis protocols, providing practical guidelines for near-term photonic implementations.
- Abstract（参考訳）: 非ガウス量子状態と演算は、量子計算上の優位性を達成し、ボソニックプラットフォームにおける量子エラー補正を可能にするために不可欠な資源である。
しかしながら、光学的セッティングにおけるそれらの生成は、しばしば確率論的階層化されたプロトコルに依存する、困難な実験課題である。
ここでは, 圧縮コヒーレント状態重畳生成のための低数フォック状態と圧縮状態との間の光子触媒の適合性について, 詳細な解析を行った。
我々は、入力資源(状態と測定の両方を含む)と生成された状態の非ガウス的複雑さを特徴付けるために、星級形式を用いる。
これにより、触媒出力とターゲット状態の忠実度を、同じ非ガウス入力リソースを持つ任意のプロトコルで達成可能な最大忠実度に体系的に比較することができる。
この意味では、ここで考慮した触媒的プロトコルが確実に最適であるインスタンスを同定する。
目的状態の高忠実度近似を最小限の資源で実現できるパラメータ構造を同定する。
さらに,ガウスボソンサンプリングインスパイアされたプロトコルに対する光子触媒の性能を,成功確率と状態品質の観点から評価し,決定論的フォック状態源の利点を強調した。
また、量子誤り訂正に関係のある圧縮されたフォック状態を含む非ガウス的資源の生成についても検討する。
実験的不完全性を考慮するため, ヒルベルト空間トランケーション法をFockベースとした全光学モードの損失をモデル化し, 現実的な条件下で発生した状態のロバスト性を解析した。
本研究は,非ガウス資源の複雑性,達成可能な忠実度,光子触媒プロトコルの損失のトレードオフを定量化し,短期光子実装の実践的ガイドラインを提供する。
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