論文の概要: Fidelity Dynamics of a Jaynes--Cummings Qubit under Markovian and Non-Markovian Coupling Noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.31938v1
• Date: Thu, 22 Oct 2026 21:36:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-27 01:38:06.29952
• Title: Fidelity Dynamics of a Jaynes--Cummings Qubit under Markovian and Non-Markovian Coupling Noise
• Title（参考訳）: ジャイネスの忠実度-マルコフ及び非マルコフ結合雑音下でのキュミング
• Abstract要約: 単一モード空洞に結合したJaynes-Cummings qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits qubits である。 クビット・キャビティ結合はコヒーレントエネルギーと情報交換の速度を支配しているため、その変動の影響を理解することは、量子通信の性能を評価するのに不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.12801549210721
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We analytically investigate the fidelity dynamics of a Jaynes--Cummings qubit coupled to a single-mode cavity in the presence of stochastic fluctuations of the qubit--cavity coupling. Such fluctuations naturally arise in cavity- and circuit-QED platforms due to fabrication imperfections, control-field noise, mechanical vibrations, and environmental disturbances. Since the qubit--cavity coupling governs the rate of coherent energy and information exchange, understanding the effects of its fluctuations is essential for assessing the performance of quantum communication, quantum sensing, and quantum information-processing protocols. We consider both Gaussian white noise and Ornstein--Uhlenbeck noise with finite correlation time as models for the coupling fluctuations. Exploiting the closed dynamics within each excitation manifold, we derive exact analytical expressions for the noise-averaged density matrix and the fidelity relative to the ideal noiseless evolution. We show that the fidelity is determined by a single decoherence factor governed by the integrated noise correlation function, establishing a direct connection between microscopic coupling fluctuations and macroscopic coherence loss. In the white-noise limit, the fidelity decays exponentially, whereas finite noise correlation times produce nonexponential decay and slower coherence loss. We further show that the crossover between Markovian-like and non-Markovian regimes is controlled by the ratio of the noise correlation rate to the coherent coupling strength, and that decoherence increases with photon number because of the enhanced effective qubit--cavity coupling. These results provide a unified analytical framework for quantifying decoherence induced by stochastic coupling fluctuations and for evaluating the robustness of cavity-QED protocols under correlated noise.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 単一モードキャビティに結合したJaynes-Cummings qubitの忠実度動態を, キュービットキャビティ結合の確率的揺らぎの存在下で解析的に検討した。 このような変動は、製造の不完全性、制御フィールドノイズ、機械振動、環境障害などにより、キャビティおよびサーキットQEDプラットフォームで自然に発生する。 量子ビット-キャビティ結合はコヒーレントエネルギーと情報交換の速度を管理するので、その変動の影響を理解することは、量子通信、量子センシング、および量子情報処理プロトコルの性能を評価するのに不可欠である。 ガウスホワイトノイズとオルンシュタイン-ウレンベックノイズの相関時間有限を結合ゆらぎのモデルとして考える。 各励起多様体内の閉ダイナミクスを爆発させ、ノイズ平均密度行列と理想的なノイズレス進化に対する忠実度に関する正確な解析式を導出する。 積分雑音相関関数によって制御される1つのデコヒーレンス因子により、その忠実度が決定され、微視的結合変動とマクロ的コヒーレンス損失との直接接続が確立されることを示す。 ホワイトノイズの極限では、忠実度は指数関数的に減衰するが、有限ノイズ相関時間では非指数的減衰と緩やかなコヒーレンス損失が生じる。 さらに、マルコフ系と非マルコフ系との交叉は、ノイズ相関率とコヒーレントカップリング強度との比で制御され、有効クビット-キャビティカップリングの強化により光子数とともにデコヒーレンスが増加することを示す。 これらの結果は,確率的結合変動によって引き起こされるデコヒーレンスを定量化し,相関雑音下でのキャビティ-QEDプロトコルのロバスト性を評価するための統合分析フレームワークを提供する。

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