全局控制与Tavis-Cummings相互作用

该团队研究了在全局控制下量子比特系统的可控性,其中控制脉冲对所有量子比特施加相同作用。具体而言,该工作考虑了一组通过Jaynes-Cummings相互作用与单个玻色子模式(即谐振子)进行相同耦合的量子比特。这种集体耦合被称为Tavis-Cummings(TC)相互作用,已在包括超导和原子量子比特系统在内的多个量子计算平台中实现。尽管量子比特之间不直接相互作用,但它们可以通过与玻色子模式的共同耦合而纠缠。该团队利用TC相互作用以及全局 \(z\) 场 \(J_z\)(对应于所有量子比特上的相同 \(z\) 旋转),刻画了可在量子比特与玻色子模式的联合希尔伯特空间上实现的酉算子群。该工作表明,对于 \(n > 2\) 个量子比特,可实现的酉算子集合受限于TC哈密顿量的一个“偶然”对称性,该对称性不同于其“标准”的U(1)对称性和置换对称性。另一方面,该团队发现哈密顿量 \(J_z^2\) 打破了这一偶然对称性,并与TC相互作用及 \(J_z\) 结合实现了半通用性:它允许实现尊重置换对称性和U(1)对称性的任意酉算子,但需满足关于群中心的某些约束。在配套论文中,该团队进一步分析了这一显著的偶然对称性,并表明可以通过Schwinger的角动量玻色子模型来理解它。
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提交arXiv: 2026-06-11 05:03

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