論文の概要: Exact Fock-State Preparation with $n^{1/4}$ Circuit Depth

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.23389v1
• Date: Mon, 24 Aug 2026 15:35:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-25 18:24:37.018921
• Title: Exact Fock-State Preparation with $n^{1/4}$ Circuit Depth
• Title（参考訳）: $n^{1/4}$回路深さによる排他的フォック状態形成
• Abstract要約: 無限次元ヒルベルト空間におけるフォック状態の準備を二次元振幅増幅にマッピングする。 位相マッチングは理想的なモデルにおける単位の忠実さを保証するが、驚くべきことに、$|106rangle$の準備には39回しか必要としない。 このフレームワークは、これらの基本制御をサポートするプラットフォーム上で、高度に励起されたボソニック状態への広く適用可能なルートを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.18049490005680832
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Efficient, deterministic, and high-fidelity preparation of large Fock states is essential for scaling bosonic quantum technologies and exploring quantum phenomena at large excitation energies. We introduce a deterministic one-parameter (D1p) protocol that maps Fock-state preparation in an infinite-dimensional Hilbert space onto two-dimensional amplitude amplification. Starting from a coherent state with $|α|\simeq\sqrt{n}$, the initial target-state population scales as $n^{-1/2}$, yielding an iteration count and circuit depth of $\mathcal{O}(n^{1/4})$. Phase matching guarantees unit fidelity in the ideal model; remarkably, preparing $|{10^6}\rangle$ requires only 39 iterations. The protocol uses only displacements and number-selective phase operations, requires no numerical optimization, and further extends to state transfer, general superpositions, finite-dimensional systems, and multipartite entangled states. In the large-amplitude regime, its multi-target form prepares $L$-legged cat states with an iteration count determined only by $L$; cats with up to ten legs require only two iterations, independent of the coherent-state amplitude. This framework provides a broadly applicable route to highly excited bosonic states on platforms supporting these elementary controls.
• Abstract（参考訳）: 大きなフォック状態の効率的な、決定論的、高忠実な準備は、ボゾン量子技術のスケーリングと大きな励起エネルギーでの量子現象の探索に不可欠である。 無限次元ヒルベルト空間におけるフォック状態の準備を二次元振幅増幅にマッピングする決定論的一パラメータ(D1p)プロトコルを導入する。 初期目標状態の集団は、|α|\simeq\sqrt{n}$でコヒーレント状態から始まり、n^{-1/2}$でスケールし、反復数と回路深さは$\mathcal{O}(n^{1/4})$になる。 位相整合は理想的なモデルにおける単位忠実度を保証する; 驚くほど、$|{10^6}\rangle$ は 39 反復しか必要としない。 このプロトコルは変位と数選択位相演算のみを使用し、数値最適化を必要とせず、さらに状態転移、一般重ね合わせ、有限次元システム、多部交絡状態にまで拡張する。 大振幅の状態では、その多ターゲットの猫状態は、1回の反復数で$L$とされ、最大10本の足を持つ猫はコヒーレント状態の振幅とは無関係に2回の反復しか必要としない。 このフレームワークは、これらの基本制御をサポートするプラットフォーム上で、高度に励起されたボソニック状態への広く適用可能なルートを提供する。

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