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加速された量子制御方法

研究課題

研究課題/領域番号 19F19028
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

NORI FRANCO  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50415262)

研究分担者 CHEN YEHONG  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-10-11 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2021年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードquantum computing / cat-state qubits / fault-tolerant computing / optical dark mode / quantum electrodynamics / ultrastrong coupling / quantum control methods / Ultrastrong systems / Shortcuts to / adiabaticity / Rapid dynamical / evolution
研究開始時の研究の概要

(1)Developingaccelerated dynamics for open systems.
For an open quantum system modeled by the Lindblad-Markovian master equation, we plan to develop two ways to accelerate the dynamics: an analytical one and a nonanalytic one.
(2)Applyingaccelerated dynamics tooptomechanical systems.
We plan to study howto develop accelerated dynamics for optomechanical cavity systemswithmembranes.
(3)Applyingaccelerated dynamics tospin chain systems.
We plan to accelerate some quantum adiabatic processes based on spin chain systems.

研究実績の概要

Since Apr. 2021, we have focused on the following topics:
1. Using cat-state qubits for geometric quantum computing. We have investigated the possibility of using photonic cat-state qubits for implementing single- and multi-qubit geometric gates. Our results offer a realistic and hardware-efficient method for both single- and multi-qubit fault-tolerant quantum computation.
2. We have theoretically shown that employing counter-rotating effects (using two different protocols) can effectively improve both the speed and fidelity of geometric quantum computation. Such an ultrafast evolution (nanoseconds, even picoseconds) significantly reduces the influence of decoherence, making it possible to reach the threshold of fault-tolerant computing.
3.We have explored an efficient protocol to sense single atoms in a cavity field using a nonlinear classical drive. The proposed protocol possesses many advantages, such as controllable squeezing strength and squeezed-cavity-mode frequency, and exponential enhancement of atom-cavity coupling strength.
4. We have theoretically proposed to realize a genuine tripartite optomechanical entanglement via the control of an optical dark mode. than that in the DMU regime. The study can enable constructing large-scale entanglement networks with the dark-mode-immunity and noise-tolerance, and opens up a range of exciting opportunities for quantum information processing and quantum metrology protected against dark modes.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 9件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Tripartite optomechanical entanglement via optical-dark-mode control2022

    • 著者名/発表者名
      1.Lai D.-G., Chen Y.-H., Qin W., Miranowicz A., and Nori F
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: N/A

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detecting a single atom in a cavity using the χ (2) nonlinear medium2022

    • 著者名/発表者名
      2.Chen D.-L.*, Chen Y.-H.*, Liu Y., Shi Z.-C, Song J., and Xia Y.
    • 雑誌名

      Frontiers of Physics

      巻: 17, Article number: 52501 号: 5 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1007/s11467-021-1151-0

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonadiabatic geometric quantum computation with cat-state qubits via invariant-based reverse engineering2022

    • 著者名/発表者名
      Y.H. Kang, Y.H. Chen, X. Wang, J. Song, Y. Xia, A. Miranowicz, S.B. Zheng, F. Nori
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 1 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.013233

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-level systems with periodic N-step driving fields: Exact dynamics and quantum state manipulations2021

    • 著者名/発表者名
      Z.C. Shi, Y.H. Chen, W. Qin, Y. Xia, X.X. Yi, S.B. Zheng, F. Nori
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 104 号: 5 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1103/physreva.104.053101

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast binomial-code holonomic quantum computation with ultrastrong light-matter coupling2021

    • 著者名/発表者名
      Y.H. Chen, W. Qin, R. Stassi, X. Wang, F. Nori
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 3 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.033275

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast and dephasing-tolerant preparation of steady Knill-Laflamme-Milburn states via dissipative Rydberg pumping2021

    • 著者名/発表者名
      Ri-Hua Zheng, Yang Xiao, S.-L. Su, Ye-Hong Chen, Zhi-Cheng Shi, Jie Song, Yan Xia, and Shi-Biao Zheng
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 103, 052402 号: 5 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/physreva.103.052402

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Shortcuts to Adiabaticity for the Quantum Rabi Model: Efficient Generation of Giant Entangled Cat States via Parametric Amplification2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Ye-Hong、Qin Wei、Wang Xin、Miranowicz Adam、Nori Franco
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 2 ページ: 023602-023602

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.023602

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Strong spin squeezing induced by weak squeezing of light inside a cavity2020

    • 著者名/発表者名
      Qin Wei、Chen Ye-Hong、Wang Xin、Miranowicz Adam、Nori Franco
    • 雑誌名

      Nanophotonics

      巻: 9 号: 16 ページ: 4853-4868

    • DOI

      10.1515/nanoph-2020-0513

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effective pulse reverse-engineering for strong field--matter interaction2020

    • 著者名/発表者名
      Ran D., Zhang B., Chen, Y.-H., Shi Z.-C., Xia Y., Ianconescu R., Scheuer J., and Gover A
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: vol.15, issue13 号: 13 ページ: 3597-3600

    • DOI

      10.1364/ol.397053

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Shortcuts to adiabaticity for the quantum Rabi model2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Ye-Hong
    • 学会等名
      Invited Lecture at Harbin Institute of Technology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Shortcuts to adiabaticity for the quantum Rabi model2021

    • 著者名/発表者名
      Ye-Hong Chen
    • 学会等名
      the APS March meeting (online), US
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shortcuts to adiabaticity for the quantum Rabi model2020

    • 著者名/発表者名
      Ye-Hong Chen
    • 学会等名
      Invited Lecture at Shanghai University, China
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2019-10-15   更新日: 2024-03-26  

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