論文の概要: Permutationally Invariant Quantum State Tomography for Fermions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.23579v1
• Date: Sun, 26 Jul 2026 10:04:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-28 22:34:15.162957
• Title: Permutationally Invariant Quantum State Tomography for Fermions
• Title（参考訳）: フェルミオンのための変分不変量子状態トモグラフィ
• Abstract要約: U(1)粒子数対称性を持つ置換不変フェルミオン多体状態のトモグラフィープロトコルを開発した。 このような状態が全粒子数の分布によって完全に決定されることを示す。 より一般に、このプロトコルは任意のU(1)対称フェルミオン状態の置換対称性成分を再構成する。
• 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: Quantum state tomography provides complete information about a quantum state, but its measurement cost generally grows exponentially with system size. In many-particle quantum simulators, this challenge is further compounded by the limited accessibility of local measurements and controls. Here we develop a tomography protocol for permutation-invariant fermionic many-body states with U(1) particle-number symmetry. We show that any such state is completely determined by the distribution of the total particle number and the occupation of a single collective mode within each particle-number sector, both of which are accessible in current ultracold-atom experiments. The number of required observables scales only linearly with the system size. More generally, the protocol reconstructs the permutation-symmetrized component of arbitrary U(1)-symmetric fermionic states, which can still encode nontrivial many-body and state-level structure beyond conventional few-body observables. We demonstrate this protocol in interacting non-Gaussian states of the complex Sachdev-Ye-Kitaev model and in free-fermion chains across a Lifshitz transition. This framework opens a route toward information-theoretic characterization of strongly correlated itinerant quantum matter in experimentally realistic fermionic quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 量子状態トモグラフィーは量子状態に関する完全な情報を提供するが、その測定コストは一般にシステムサイズとともに指数関数的に増加する。 多くの粒子量子シミュレーターにおいて、この課題は局所的な測定と制御の限られたアクセシビリティによってさらに複雑化されている。 ここでは、U(1)粒子数対称性を持つ置換不変フェルミオン多体状態のトモグラフィープロトコルを開発する。 このような状態は、粒子数全体の分布と各粒子数セクター内の単一集団モードの占有によって完全に決定され、どちらも現在の超低温原子実験でアクセス可能であることを示す。 必要なオブザーバブルの数は、システムサイズにのみ線形にスケールする。 より一般的には、このプロトコルは任意のU(1)対称フェルミオン状態の置換対称性成分を再構成するが、これは従来の非自明な多体および状態レベルの構造を従来の小体オブザーバブルを超えて符号化することができる。 このプロトコルは、複素サハデフ-イェ-キタエフモデルの非ガウス状態とリフシッツ遷移における自由フェルミオン鎖の相互作用を実証する。 この枠組みは、実験的に現実的なフェルミオン量子シミュレータにおいて、強相関の強いイテナント量子物質の情報理論的評価への道を開く。

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