[論文レビュー] CQED quantum tomography of a microwave range

G. P. Miroshnichenko|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2015

Quantum Information and Cryptography参考文献 42被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、回路量子電磁力学（cQED）におけるマイクロ波場の量子トモグラフィーのためのプロトコルを提示する。原子の検出確率を測定することで、四分位確率分布を再構成する。原子・キャビティ相互作用と数値最適化を用いることで、1つの調整可能なパラメータでのみ、高い正確性を達成する。コルモゴロフ検定と装置関数のモデル化により検証され、コherent状態においても高い忠実度が示された。

ABSTRACT

The protocol of measurement the probability density of a rotated quadrature of microwave mode in an arbitrary quantum state is presented and numerically investigated. The protocol is adapted to the measuring procedure used in the CQED experiments. The method is based on measurement of integrated probability of detection of atoms - probes in the top working state from atoms flying via the cavity. Connection of random variables and is found, when is a qudrature phase. Connection of the tomogram and the tomogram is found. The protocol prescribes the rule of choice of problem parameters, such as interaction time, and the number of atoms in series . The method contains a single fitting parameter that is selected in the process of numerical simulation of the quadrature distribution in a coherent state. Quality selection is determined by the Kolmogorov test. The result of the calculation protocol is a convolution with the instrumental function of the method. The parameters of the instrumental function are shown. Numerical simulations performed for typical numerical values of parameters of the experimental setup, shows the effectiveness of the proposed method.

研究の動機と目的

• cQEDシステムにおけるマイクロ波場の実用的な量子トモグラフィー・プロトコルの開発を目的とする。
• 任意の量子状態における回転した四分位の確率密度を測定することを目的とする。
• 再構成の信頼性を高めるために、相互作用時間や原子数の系列といった実験パラメータを最適化することを目的とする。
• 再構成の正確性を維持しつつ、フィッティングパラメータを最小限に抑えること。

提案手法

• プロトコルは、キャビティ内のマイクロ波場と相互作用する飛行原子をプローブとして用い、上部状態における検出確率を測定する。
• 測定された原子の検出確率は、四分位の位相を含む変換を経て、四分位分布にマッピングされる。
• 1つのフィッティングパラメータは、コherent状態の数値シミュレーションを通じて決定され、適合度の良さを確認するためのコルモゴロフ検定を用いて最適化される。
• 実験的不確実性を補正するために、シミュレーションから導出された装置関数を再構成分布と畳み込み処理する。
• 装置関数のパラメータは明示的に計算され、典型的な実験的数値を用いて検証される。
• 標準的なcQEDパラメータを用いた数値的テストにより、状態再構成におけるロバストネスと正確性が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意の量子状態におけるマイクロ波場の四分位確率分布は、cQEDにおける原子プローブを用いてどのように再構成可能か？
• RQ2 再構成忠実度を最大化するために、相互作用時間および原子数の系列の最適な選択は何か？
• RQ3 最小限のフィッティングパラメータで正確性を維持しつつ、この手法をどのようにしてロバストにできるか？
• RQ4 実験的不確実性が再構成品質に与える影響は何か？ また、それらはどのようにモデル化できるか？
• RQ5 コherent状態のような既知の基準状態に対して、この手法はどのように動作するか？

主な発見

• コherent状態の数値シミュレーションを用いた1つのフィッティングパラメータの選択により、四分位分布の高忠実度再構成が達成された。
• コルモゴロフ検定により再構成の品質が確認され、フィットしたパラメータの正確性が裏付けられた。
• 本手法の装置関数は明示的に決定され、数値シミュレーションから導出されたパラメータを有する。
• 典型的なcQEDパラメータを用いた数値シミュレーションにより、効果的かつ安定した再構成性能が示された。
• コherent状態における性能により、実験的条件に適応可能でロバストであることが実証された。
• 理想分布を装置関数と畳み込むことで、本手法は四分位分布を効果的に再構成し、重要な量子的特徴を保持した。