論文の概要: Interference-engineered shortcut to perfect state transfer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.18794v1
• Date: Wed, 19 Aug 2026 10:48:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-20 20:13:55.379386
• Title: Interference-engineered shortcut to perfect state transfer
• Title（参考訳）: 干渉工学的ショートカットによる完全状態伝達
• Abstract要約: 我々は、ネイティブシステムであるハミルトン内で、高速でほぼ完全な状態転送を実現する、干渉工学的なショートカットプロトコルを導入する。 我々はランダウ・ツェナー力学においてこの機構を実証し、それを多レベルSTIRAPプロセスに拡張し、断熱ベースライン上で11.8倍の加速を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.574892380374461
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Achieving fast, high-fidelity state transfer is fundamental to scalable integrated photonics and quantum information processing. While adiabatic evolution provides inherent robustness against control and fabrication imperfections, its requirement for slow driving leads to impractically long propagation distances in photonic circuits. Existing acceleration strategies, such as shortcuts to adiabaticity (STA), can dramatically shorten evolution times but generally rely on non-native auxiliary couplings or delicate Hamiltonian engineering that are difficult to implement in practice. Here we introduce evolution-pause synthesis (EPS), an interference engineered shortcut protocol that achieves fast, near-perfect state transfer strictly within the native system Hamiltonian. It achieves this by treating transient excitations as coherent resources and canceling their accumulated amplitudes via strategically interleaved pauses. By decoupling relative dynamical phase accumulation from parameter variations, EPS steers open transition trajectories into a closed loop in complex amplitude space, enabling perfect state transfer without auxiliary fields or complex parameter detours. We demonstrate this mechanism in Landau-Zener dynamics and extend it to a multilevel STIRAP process, achieving an 11.8-fold acceleration over the adiabatic baseline. Further, we experimentally validate EPS on a silicon photonic platform, realizing high-fidelity state transfer in a $16\,μ\mathrm{m}$ footprint, a nearly tenfold reduction in device length compared with a $150\,μ\mathrm{m}$ adiabatic reference. EPS offers a general hardware-compatible framework for fast, practical coherent control across wave and quantum platforms.
• Abstract（参考訳）: 高速で高忠実な状態転送を実現することは、スケーラブルな統合フォトニクスと量子情報処理の基礎となる。 断熱的進化は制御と製造の不完全性に対して固有の堅牢性をもたらすが、遅い駆動の要求はフォトニック回路において不規則に長い伝搬距離をもたらす。 STA(Shortcuts to adiabaticity)のような既存の加速戦略は、進化の時間を劇的に短縮するが、実際には実装が難しい非ネイティブな補助結合や繊細なハミルトン工学に依存している。 本稿では,ネイティブシステムハミルトニアン内での高速かつほぼ完全な状態転送を実現する,干渉処理によるショートカットプロトコルであるEPSを紹介する。 これは、過渡的な励起をコヒーレントな資源として扱い、戦略的にインターリーブされた停止を通して蓄積した振幅をキャンセルすることで実現される。 パラメータの変動から相対的動的位相蓄積を分離することにより、EPSは複素振幅空間の閉ループに遷移軌道を開放し、補助場や複素パラメータのデトゥールを使わずに完全な状態遷移を可能にする。 我々はランダウ・ツェナー力学においてこの機構を実証し、それを多レベルSTIRAPプロセスに拡張し、断熱ベースライン上で11.8倍の加速を達成する。 さらに, シリコンフォトニックプラットフォーム上でのEPSの有効性を実験的に検証し, 16\,μ\mathrm{m}$フットプリントでの高忠実度状態移動を実現し, デバイス長を150\,μ\mathrm{m}$アディアバティック参照と比較して10倍近く削減した。 EPSは、波動および量子プラットフォーム間の高速で実用的なコヒーレント制御のための一般的なハードウェア互換のフレームワークを提供する。

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