通过弱非谐混合势的时间依赖控制实现悬浮粒子的量子非高斯态制备
悬浮高质量量子系统为基础科学和技术应用提供了前所未有的研究领域。然而,在该类平台上,确定性生成和操控量子非高斯态(许多连续变量量子优势的核心)仍然难以实现。在此工作中,作者提出了一种理论方案,用于在不耦合辅助二能级系统的情况下,将悬浮大质量物体的连续变量自由度制备成多种量子态,包括Fock态和薛定谔猫态。该方法通过瞬态波函数离域增强原本较弱的非谐效应,并将其与势场的最优控制相结合。具体而言,在静态三次非谐性存在的情况下,对势场线性分量进行时变调制,为实现该模式的普适控制提供了途径。作者分析了在此类控制下的量子态制备过程,并估算了生成目标非高斯态所需的非谐性、运动离域程度以及最大可容忍退相干。所提出的最优控制方案还可轻松扩展到单粒子态制备之外,例如用于幺正变换和非线性测量。作为一个具体示例,该工作仅通过局域调制弱非谐势场,展示了两个相互作用粒子的力学Bell态制备,而粒子间相互作用保持有效线性。作者强调,此处提出的方案适用于不同的力学自由度,如质心运动和摆动,也可在具有主导三次非谐性的其他弱非谐系统中实现。

