論文の概要: Collective Quantum State Preparation Is Nonadditive

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.06113v1
• Date: Mon, 05 Oct 2026 10:45:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-09 18:39:46.592411
• Title: Collective Quantum State Preparation Is Nonadditive
• Title（参考訳）: 集合的な量子状態の準備は非添加である
• Abstract要約: 重み付きパウリ制御下での複写問題について検討する。 4パルス集合プロトコルは、2つの最適な1コピープロトコルよりも低コストで2つのT$状態を準備します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.989855630507883
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum state preparation is a basic primitive of quantum computation and control, but its resource cost is usually analyzed for one target state or under an independent-copy construction. Here we study the many-copy problem under weighted Pauli control, where a Pauli-product rotation $e^{iφP}$ is charged by its rotation angle $|φ|$, independently of the weight of $P$. We derive the exact single-qubit preparation cost and show that it is strictly nonadditive: a four-pulse collective protocol prepares two $T$ states at lower cost than two optimal one-copy protocols. We further identify finite regions of the Bloch sphere with collective saving, including trajectories that remain product throughout, showing that transient entanglement is not the only mechanism behind the advantage. Complementarily, a dimension-independent Rényi-entropy speed limit gives an extensive lower bound for every coherent target and an exponential fidelity penalty below a finite preparation rate. These results establish a many-copy geometry of state synthesis in which uncorrelated outputs can nevertheless benefit from collective control.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の準備は、量子計算と制御の基本的なプリミティブであるが、その資源コストは、通常、1つのターゲット状態または独立コピー構成の下で分析される。 ここでは、重み付けされたパウリ制御の下で多くのコピー問題を研究し、パウリ積の回転$e^{iφP}$はその回転角$|φ|$で、重量$P$とは無関係に充電される。 4パルスの集合プロトコルは、2つの最適な1コピープロトコルよりも低コストで2つのT$状態を準備します。 さらに、ブロッホ球の有限領域を集合的保存で同定し、一貫した絡み合いが優位性の背後にある唯一のメカニズムではないことを示す。 相補的に、次元非依存のレニイエントロピー速度制限は、すべてのコヒーレントな目標に対して広範な下限を与え、有限準備率以下で指数的忠実性ペナルティを与える。 これらの結果は、無相関な出力が集団制御の恩恵を受けることができる状態合成の多くのコピー幾何学を確立している。

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