論文の概要: Active Approach to Fast Quantum State Preparation and Reset in Atomic Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.38261v1
• Date: Wed, 28 Oct 2026 04:21:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-03 18:26:28.041017
• Title: Active Approach to Fast Quantum State Preparation and Reset in Atomic Arrays
• Title（参考訳）: 原子配列における高速量子状態生成とリセットへのアクティブアプローチ
• Abstract要約: ターゲット量子状態の作成と多体基底状態へのリセットは、量子情報処理に不可欠である。 低励起状態における導波路結合型エミッタアレイの両過程について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rapid preparation of a target quantum state and reset to the many-body ground state are essential for quantum information processing. Here, we investigate both processes in a waveguide-coupled emitter array in the low-excitation regime. By decomposing the effective non-Hermitian Hamiltonian into biorthogonal eigenmodes, we show that relaxation depends on the initial overlap with the more subradiant modes, providing a modal explanation of the Mpemba effect. Guided by this insight, we design a reset protocol in which a finite-duration local drive activelysuppresses the relatively slow-decaying components. For the parameters studied, this reduces the time to reach a fixed residual-excitation threshold by up to approximately 25% compared with free decay. To prepare a target Dicke state, we introduce a two-step protocol that initially leaves one emitter undriven before restoring the full drive that stabilizes the target. This local control redistributes spectral weight into the more subradiant modes, driving them closer to their target amplitudes, which reduces the preparation time by up to approximately 45% while consuming less driving energy than continuous driving. Finally, we show how directional waveguide coupling shifts collective modes toward a preferred boundary through the non-Hermitian skin effect, providing guidance for selecting the preferred site for local operations. We term this fundamental dependence of the relaxation dynamics on the system's chirality the ``non-Hermitian Skin-Mpemba effect.'' These results demonstrate how selective local control can accelerate state preparation and reset in open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: ターゲット量子状態の迅速な準備と多体基底状態へのリセットは、量子情報処理に不可欠である。 本稿では,低励起状態における導波路結合型エミッタアレイの両プロセスについて検討する。 実効非エルミートハミルトニアンを生物直交固有モデムに分解することにより、緩和はよりラジアント的なモードとの初期の重なりに依存し、Mpemba効果のモーダルな説明を与えることを示す。 この知見に導かれて、有限デューレーションローカルドライブが比較的遅い遅延成分を積極的に抑制するリセットプロトコルを設計する。 研究されたパラメータについて、これは自由崩壊と比較して、一定の残留励起閾値に達するまでの時間を最大25%削減する。 ターゲットディック状態を作成するために、ターゲットを安定させるフルドライブを復元する前に、最初に1つのエミッタを無駆動にしておく2段階のプロトコルを導入する。 この局所的な制御は、スペクトル重量をよりサブラジアントモードに再分割し、目標振幅に近づくことで、連続運転よりも運転エネルギーを消費し、準備時間を最大45%短縮する。 最後に, 指向性導波路結合が非エルミタンスキン効果を通じて, 集合モードを優先境界へシフトし, 局所操作に適した場所を選択するためのガイダンスを提供する。 系のキラリティに緩和力学の基本的な依存を『非エルミートスキン・ムペンバ効果』と呼ぶ。 これらの結果は、オープン量子システムにおいて、選択的な局所制御が状態準備とリセットを加速することを示す。

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