論文の概要: Bosonic unstructured search: quantum enhancement without entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.17163v1
- Date: Mon, 12 Oct 2026 17:40:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-18 03:02:19.867118
- Title: Bosonic unstructured search: quantum enhancement without entanglement
- Title（参考訳）: ボソニック非構造探索 : 絡み目のない量子増強
- Abstract要約: エネルギー制約下での多モードボゾン量子系を用いた非構造探索について検討する。
タスクは、任意の制御を使用して、$N$の可能性の中で未知のマークモードを見つけることである。
クエリの複雑さでターゲットを識別するアルゴリズムを、連続時間オラクルに対して$O(sqrtN/n_textbB_0)$または$O(sqrtN/n_textb |sin(_0/2)|=O(1)$とします。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.855720478911868
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We consider unstructured search using multimode bosonic quantum systems under energy constraints. The task is to locate an unknown marked mode among $N$ possibilities using arbitrary control, subject to a time-averaged mean-boson-number budget $n_{\text{b}}\gg 1$. We analyze a continuous-time phase-shift oracle of strength $B_{0}$, with cost given by the total oracle time, and a discrete oracle with fixed phase $φ_{0}$, with cost given by the number of queries. We give algorithms that identify the target with query complexity $O(\sqrt{N}/{n_{\text{b}}}B_{0})$ for continuous-time oracles or $O(\sqrt{N}/n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|)$ for discrete oracles with $n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|=O(1)$. In contrast, for discrete oracles with $n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|=Ω(1)$, we provide an algorithm using $O(\max\{1,\sqrt{N/n_{\text{b}}|{\sin(φ_{0}/{2})}|}\})$ queries. We also prove matching lower bounds on the query complexity, showing that these algorithms are asymptotically optimal. Furthermore, we show that, in the absence of loss, non-Gaussianity is necessary to achieve the optimal joint query scaling in $N$ and $n_{\text{b}}$, but entanglement is not. Under uniform boson loss at rate $γ$, we prove a query lower bound of $Ω( γN / n _{\text{b}} B_{0}^{2} )$, attained for $γ= Ω(B_{0} \sqrt{n _{\text{b}}/N})$ using coherent-state probes. Finally, we propose experimental implementations using multipass optical microscopy or superconducting circuits as potential routes to speeding up imaging or device calibration with a low boson-number budget.
- Abstract（参考訳）: エネルギー制約下での多モードボゾン量子系を用いた非構造探索について検討する。
このタスクは、平均的な平均ボソン数の予算である$n_{\text{b}}\gg 1$を条件として、任意の制御を使用して、N$の可能な未知のマークモードを見つけることである。
連続時間位相シフトの強度のオラクルを総オラクル時間で割ったコストで$B_{0}$、固定位相で$φ_{0}$で割った離散オラクルをクエリ数で割ったコストで分析する。
クエリの複雑さでターゲットを識別するアルゴリズムは、連続時間オラクルに対して$O(\sqrt{N}/{n_{\text{b}}}B_{0})$、または$O(\sqrt{N}/n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|)$、$n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|に対して$=O(1)$である。
対照的に、$n_{\text{b}} |{\sin(φ_{0}/{2})}|=Ω(1)$ の離散オラクルに対しては、$O(\max\{1,\sqrt{N/n_{\text{b}}|{\sin(φ_{0}/{2})}|}\})$クエリを使用するアルゴリズムを提供する。
また,これらのアルゴリズムが漸近的に最適であることを示す。
さらに、損失がない場合には、$N$と$n_{\text{b}}$の最適な共同クエリスケーリングを実現するために非ガウス性が必要であるが、絡み合いはそうではないことを示す。
単調なボソン損失率$γ$では、コヒーレント状態プローブを用いて$Ω( γN / n _{\text{b}} B_{0}^{2} )$を$γ= Ω(B_{0} \sqrt{n _{\text{b}}/N})$とする。
最後に、低ボソン数予算で撮像やデバイスキャリブレーションを高速化するための潜在的なルートとして、マルチパス光顕微鏡または超伝導回路を用いた実験的実装を提案する。
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