論文の概要: Universal Quantum Computation with Multi-Mode Schrödinger Cat States Stabilized by Non-Local Dissipation Engineering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.13975v1
• Date: Wed, 15 Jul 2026 16:01:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-16 16:39:12.826206
• Title: Universal Quantum Computation with Multi-Mode Schrödinger Cat States Stabilized by Non-Local Dissipation Engineering
• Title（参考訳）: 非局所散逸工学により安定化されたマルチモードシュレーディンガー猫状態を用いた普遍量子計算
• Authors: Jesper Lind-Olsen, Jonas Lidal, Tron Omland, Joakim Bergli,
• Abstract要約: 発散安定化された多モード猫量子ビットのためのユニバーサルゲートセットを導入する。 任意の1量子ビット制御が任意の回転によってどのように達成できるかを示す。 この結果から, 分散安定化された多モードシュルディンガー・キャット状態が, 普遍ボゾン量子計算の潜在的アーキテクチャとして確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Schrödinger cat states provide a hardware-efficient platform for bosonic quantum error correction by encoding logical information in protected manifolds of harmonic oscillators. While previous work has demonstrated the dissipative stabilization of multi-mode Schrödinger cat states as robust quantum memories, a framework for universal quantum computation has remained unavailable. Here we extend this approach by introducing a universal gate set for dissipatively stabilized multi-mode cat qubits. Using a chain of Kerr non-linear oscillators coupled through engineered non-local dissipation and an effective low-dimensional description, we show how arbitrary single-qubit control can be achieved through arbitrary rotation around the $X$-axis and $π/2$-rotation around the $Z$-axis. We further show how coupling two such stabilized arrays through just one oscillator on each respective array enables coherent entangling operations through implementation of the $XX(π/2)$ gate. Numerical simulations demonstrate high-fidelity gate dynamics and entanglement generation under realistic parameters. Finally, we analyze the effects of induced and intrinsic photon loss, disorder, and the validity regime of the effective low-dimensional theory. Our results establish dissipatively stabilized multi-mode Schrödinger cat states as a potential architecture for universal bosonic quantum computation.
• Abstract（参考訳）: シュレーディンガー・キャット(Schrödinger cat)は、高調波発振器の保護多様体に論理情報を符号化することで、ボゾン量子誤差補正のためのハードウェア効率の良いプラットフォームを提供する。 これまでの研究では、マルチモードシュレーディンガー・キャット状態の散逸安定化を堅牢な量子記憶として示していたが、普遍的な量子計算の枠組みはいまだ利用できないままである。 ここでは、発散安定化された多モード猫量子ビットのための普遍ゲートセットを導入することにより、このアプローチを拡張した。 工学的非局所散逸と実効的な低次元記述によって結合されたKerr非線形発振器の連鎖を用いて、Z$軸の周りのX$軸とπ/2$軸の周りの任意の回転によって、任意の単一量子制御が達成できることを示す。 さらに、各アレイ上の1つの発振器を通して2つの安定化配列を結合させることで、$XX(π/2)$ gate を実装してコヒーレントなエンタングリング操作が可能となることを示す。 数値シミュレーションは, 実パラメータ下での高忠実ゲートダイナミクスと絡み合い生成を実証する。 最後に, 誘導光子損失と内在光子損失, 障害, 有効低次元理論の妥当性について検討した。 我々の結果は、普遍ボゾン量子計算の潜在的なアーキテクチャとして、散逸的に安定化されたマルチモードシュレーディンガー・キャット状態を確立した。

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