<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.2 20190208//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>Formal aspects of field theory, field theory in curved space</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Circuit complexity as a novel probe of quantum entanglement: A study with black hole gas in arbitrary dimensions</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">CIRCUIT COMPLEXITY AS A NOVEL PROBE OF QUANTUM …</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">ADHIKARI KIRAN <italic>et al.</italic></alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-5912-1515</contrib-id><name><surname>Adhikari</surname><given-names>Kiran</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"><sup>1</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-0459-3873</contrib-id><name><surname>Choudhury</surname><given-names>Sayantan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a2 a3"><sup>2,3</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n1"><sup>,*</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Chowdhury</surname><given-names>Satyaki</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a2 a3"><sup>2,3</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-2218-1899</contrib-id><name><surname>Shirish</surname><given-names>K.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a4"><sup>4</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Swain</surname><given-names>Abinash</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a5"><sup>5</sup></xref></contrib><aff id="a1"><label><sup>1</sup></label>Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology(TTK), <institution>RWTH Aachen University</institution>, D-52056 Aachen, Germany</aff><aff id="a2"><label><sup>2</sup></label><institution>National Institute of Science Education and Research</institution>, Jatni, Bhubaneswar, Odisha—752050, India</aff><aff id="a3"><label><sup>3</sup></label><institution>Homi Bhabha National Institute</institution>, Training School Complex, Anushakti Nagar, Mumbai—400085, India</aff><aff id="a4"><label><sup>4</sup></label><institution>Visvesvaraya National Institute of Technology</institution>, Nagpur, Maharashtra 440010, India</aff><aff id="a5"><label><sup>5</sup></label>Department of Physics, <institution>Indian Institute of Technology</institution> Gandhinagar, Palaj, Gandhinagar- 382355, India</aff></contrib-group><author-notes><fn id="n1"><label><sup>*</sup></label><p>Corresponding author.</p><p><email>sayantan.choudhury@niser.ac.in</email>, <email>sayanphysicsisi@gmail.com</email></p></fn></author-notes><pub-date iso-8601-date="2021-09-02" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>2</day><month>September</month><year>2021</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2021-09-15" date-type="pub" publication-format="print"><day>15</day><month>September</month><year>2021</year></pub-date><volume>104</volume><issue>6</issue><elocation-id>065002</elocation-id><pub-history><event><date iso-8601-date="2021-06-03" date-type="received"><day>3</day><month>June</month><year>2021</year></date></event><event><date iso-8601-date="2021-08-03" date-type="accepted"><day>3</day><month>August</month><year>2021</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><abstract><p>In this article, we investigate the quantum circuit complexity and entanglement entropy in the recently studied black hole gas framework using the two-mode squeezed states formalism written in arbitrary dimensional spatially flat cosmological Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker background space-time. We compute the various complexity measures and study the evolution of these complexities by following two different prescriptions viz the covariant matrix method and Nielsen’s method. Independently, using the two-mode squeezed states formalism we also compute the Rényi and von-Neumann entanglement entropy, which show an inherent connection between the entanglement entropy and quantum circuit complexity. We study the behavior of the complexity measures and entanglement entropy separately for three different spatial dimensions and observe various significant different features in three spatial dimensions on the evolution of these quantities with respect to the scale factor. Furthermore, we also study the underlying behavior of the equilibrium temperature with two of the most essential quantities i.e., rate of change of complexity with scale factor and the entanglement entropy. We observe that irrespective of the spatial dimension, the equilibrium temperature depends quartically on entanglement entropy.</p></abstract><funding-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="IN"><institution-wrap><institution>National Institute of Science Education and Research</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100013306</institution-id></institution-wrap></funding-source></award-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="US"><institution-wrap><institution>Ohio State University</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/100006928</institution-id></institution-wrap></funding-source></award-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="IN"><institution-wrap><institution>Visvesvaraya National Institute of Technology</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100013307</institution-id></institution-wrap></funding-source></award-group></funding-group><counts><page-count count="26"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>Circuit complexity has become a helping hand to not only the high-energy physics community but also to the people from other branches as well <xref ref-type="bibr" rid="c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14 c15 c16 c17 c18 c19 c20 c21 c22 c23 c24">[1–24]</xref>. This quantum information theory technique has been significantly used recently to probe many features which were previously difficult. Though this concept is a computation tool, its contribution in the field of physics of late is massive. It provides a way to probe physics behind the horizon of black holes through the use of the “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>Complexity</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Volume</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” and “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>Complexity</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>Action</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” conjectures <xref ref-type="bibr" rid="c25 c26 c27 c28 c29">[25–29]</xref>. Since then it has been extensively used in quantum field theory and in studies involving <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>AdS</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>CFT</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> correspondence <xref ref-type="bibr" rid="c30">[30]</xref>. These holographic approaches connect a probe on the gravity side with a concept of quantum information theory.</p><p>In the recent past, along with the out of time ordered correlation functions <xref ref-type="bibr" rid="c31 c32 c33 c34 c35">[31–35]</xref>, it has formed the web of quantum chaos. It has been found to reveal essential information like Lyapunov exponent, scrambling time etc., required to diagnose chaos in a system. Many interesting works have been done using this tool in wide areas of physics. It was studied for cosmological islands in <xref ref-type="bibr" rid="c36">[36]</xref>, where the authors showed that entanglement entropy from circuit complexity via a famous relation proposed in <xref ref-type="bibr" rid="c25">[25]</xref> resembles the page curve in some particular regime where a universal relation between circuit complexity, out-of-time-ordered-correlation (OTOC) and entanglement entropy can be written. It was used to study early Universe chaos within the framework of bouncing cosmology <xref ref-type="bibr" rid="c37">[37]</xref>. People have also computed circuit complexity in the context of supersymmetric quantum field theory <xref ref-type="bibr" rid="c38">[38]</xref>. The connection between entanglement and emergence of space-time has been an active area of study, where the entanglement entropy is the minimum cross-sectional area of an Einstein-Rosen Bridge (ERB). However, classically the ERB continues to grow for a very long time, whereas the dual thermodynamic system comes to a thermal equilibrium quickly. This led Susskind to introduce a new variable namely ‘complexity’ which could be responsible for the ERB growth <xref ref-type="bibr" rid="c25">[25]</xref>. Complexity of a quantum system is a real quantity and its growth rate has been conjectured to be proportional to the entropy of the black hole based on these observations. It was very recently shown in <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref> that there exists some relationship between entangling power and circuit complexity. Most importantly, if the entanglement entropy grows linearly with time, the geometric circuit complexity also grows linearly.</p><p>In this paper, we will study the evolution of complexity with respect to the entanglement entropy of the black hole gas model <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref>. An important feature of this model is that the total entropy of the black hole gas is directly proportional to the volume of the system instead of the area and the system behaves like a thermodynamic gas. We will compute the most common measures for determining the entanglement between the squeezed states of black hole gas, namely the von Neumann and Rényi entropy, which quantifies the amount of uncertainty linked to the density matrix. We will measure the entanglement entropy by constructing an effective thermal representation for the reduced single-mode state from the two-mode squeezed state which varies linearly with respect to squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then by using the scale factor predicted by the black hole gas model in the flat space-time metric as a dynamical variable we will study the evolution of complexity in three spatial dimensions and compare it with the entanglement entropy in terms of squeezed state parameters. One of the reasons we are interested in the black hole gas is that its equation of state describes a universe right after the big bang and before the start of inflation, if one wants to avoid such an equation of state governing radiations of very high densities then one needs to have inflation right from the Planck scale. The key highlights of this paper are as follows: <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p>The behavior of circuit complexity calculated from two different approaches viz the covariance matrix method and Nielsen’s wave function method has been studied with respect to scale factor for the black hole gas model. We observe interesting behaviors for different spatial dimensions.</p></list-item><list-item><label>(b)</label><p>The behavior of the von-Neumann entropy and the Rényi entropy has been studied with respect to the scale factor for different spatial dimensions. We observe similar features for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2, whereas for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> we observe slightly different behavior.</p></list-item><list-item><label>(c)</label><p>The behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to von-Neumann and Rényi entropy has been studied for different spatial dimensions. It is shown that by no means is it a linear function.</p></list-item><list-item><label>(d)</label><p>The behavior of the equilibrium temperature for the blackhole gas model is identical compared to entropy for different spatial dimensions whereas it seems dependent on spatial dimension when compared to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list>The organization of the paper is as follows: We begin by providing a review of the black hole gas given by Samir Mathur in <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref> in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref>. Solving the Friedmann equation for blackhole gas, we relate the scale factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with spatial dimension. We also examine black hole gas perturbation theory in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) dimensions and we investigate the squeezed state formalism by perturbing the black hole gas geometry in Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) spatially flat spacetime. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref> we review the circuit complexity and we discuss the geometric framework of circuit complexity developed by Nielsen and collaborators. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV</xref> after introducing the notion of squeezed states, we calculate its circuit complexity using two approaches: Complexity using the covariance matrix and Nielsen’s method of wave functions. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref> we compute the entanglement entropy of two-mode squeezed states. We also compute Rényi-entropy, von-Neumann entropy and Rényi-2 entropy. We find entanglement entropy grows linearly with increasing squeezing parameters for the short time period. Then, we compare entanglement entropy with circuit complexity obtained in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s1">I</xref>. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6">VI</xref> we numerically study the behavior of the complexity measures and entanglement entropy separately for three spatial dimensions (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2, and 3). In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s7">VII</xref> we conclude with some discussions.</p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>A SHORT NOTE ON BLACK HOLE GAS</title><p>In this section, we review a model proposed in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref>, where the author has studied the state of a system moving towards maximal entropy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Note that this system is unlike the inflationary model where we have a low entropy state after the inflation because the positive energy of the matter content is compensated by the gravitational potential. Here, we provide a quick derivation of the equation of state that describes the preinflationary Universe. We will consider a configuration where we find entropy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of a system in a toroidal box of volume <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>. At low enough energies the matter phase corresponds to radiation whose entropy as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>E</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> in dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msup></mml:math></inline-formula>. By putting more energy into the box one can look for a configuration where the system turns into a black hole of radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> whose entropy is given by <disp-formula id="d1"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(1)</label></disp-formula>One might suspect that for a given box of radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d1">(1)</xref> describes the state with maximum entropy for energy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, since throwing more energy into the black hole will only result in increasing the Hubble expansion. However, if we let go the constraint that the energy inside the box shouldn’t be greater than the mass of the black hole inside the box then one could arrive at a configuration where the entropy of the system is greater than <xref ref-type="disp-formula" rid="d1">(1)</xref>. This could be achieved by putting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> number of black holes, each of radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> in a lattice instead of a single box of volume <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The number of black holes in such a configuration is given as <disp-formula id="d2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2)</label></disp-formula>Therefore the total entropy of the system is <disp-formula id="d3"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3)</label></disp-formula>We notice that <xref ref-type="disp-formula" rid="d3">(3)</xref> is in contrast with <xref ref-type="disp-formula" rid="d1">(1)</xref> where the entropy is directly proportional to the volume rather than the area of the horizon. The energy leading to such a state is undoubtedly greater than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and could be expressed as follows: <disp-formula id="d4"><mml:math display="block"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>hole</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4)</label></disp-formula>Substituting the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="d4">(4)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="d3">(3)</xref> we get <disp-formula id="d5"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:math><label>(5)</label></disp-formula>and for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> we get, <disp-formula id="d6"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>This contrast in the definition of entropy is subject to the constraint that microstates cannot expand freely to a larger size unlike in asymptotically flat space where the entropy is given by the area law. Also the resulting lattice configuration with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, having <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> number of black holes, would not collapse to form one large black hole as the entropy corresponding to the lattice configuration is larger than a single black hole state in a box of volume <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>Now, from the first law of thermodynamics we can show <disp-formula id="d7"><mml:math display="block"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(7)</label></disp-formula><disp-formula id="d8"><mml:math display="block"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(8)</label></disp-formula>Now from <xref ref-type="disp-formula" rid="d8">(8)</xref> we see that equation of state takes the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The solution for the black hole gas model can be obtained by starting with the FLRW flat metric in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>) dimensions which is given by the following line element <disp-formula id="d9"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(9)</label></disp-formula>Solving the Friedmann equation for black hole gas in the (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)-dimensional flat metric with scale factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> we get <disp-formula id="d10"><mml:math display="block"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(10)</label></disp-formula>The above FLRW flat metric can be written in terms of the conformal time scale by using the following conversion relation <disp-formula id="d11"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(11)</label></disp-formula>Integrating both sides of the above equation we get the following relationship between the physical time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the conformal time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the arbitrary (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)-dimensional black hole gas, <disp-formula id="d12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(12)</label></disp-formula></p><p>This relationship is extremely useful for the present computation which helps us the directly translate the information in terms of desired conformal time from physical time.</p><p>In this conformal time coordinates, the flat FLRW line element gets transformed as <disp-formula id="d13"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(13)</label></disp-formula></p><p>Hence, the above solution of the black hole gas scale factor can be written in terms of conformal time as follows: <disp-formula id="d14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(14)</label></disp-formula>The corresponding Hubble parameter with respect to the conformal time scale can also be written as <disp-formula id="d15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(15)</label></disp-formula>Now we will describe an equivalent scenario inside a black hole gas where one can obtain the above mentioned scale factor and Hubble parameter in any arbitrary (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) dimensions. In this scenario we embed a scalar field within the framework of Einstein gravity having the previously mentioned spatially flat FLRW space-time, where the solution of the scale factor is exactly same as mentioned earlier. In this framework the representative action of the scenario is described as <disp-formula id="d16"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(16)</label></disp-formula>where we have fixed the Planck mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the present computation. The first term in the action represents the usual Einstein Hilbert term, the second term represents the kinetic term of the embedded scalar field. and the last term represents the potential function in a black hole gas <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in any arbitrary (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) dimensions. We have found the following two possibilities of the potential functions are allowed in the present context which can finally give rise to same same scale factor which we mentioned earlier, <disp-formula id="d17"><mml:math display="block"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>Choice I</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>Choice II</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math><label>(17)</label></disp-formula>Here it is important to note that, since we have embedded the scalar field in the homogeneous and isotropic spatially flat FLRW background it turns out to be the field is only a function of the time coordinate.</p><p>Further solving the Klein Gordon field equation in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> dimension spatially flat FLRW background the dynamical solution of the homogeneous and isotropic background scalar field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in terms of the conformal time coordinate can be expressed as: <disp-formula id="d18"><mml:math display="block"><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(18)</label></disp-formula>This solution actually representing the dynamics of the field inside the black hole gas in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)-dimensional spatially flat FLRW background.</p><p>Now using this solution one can find out the following conformal time dependence of the potential function in the context of black hole gas <disp-formula id="d19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(19)</label></disp-formula>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, we plotted the two choices of fields with respect to the conformal time. In choice I, we see that for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> the field keeps on increasing monotonically and for higher dimensions i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 3 the field value decreases slowly initially with respect to conformal time and then rapidly as we increase the value of conformal time. The exact opposite behavior can be seen for choice II. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> the field value keeps on decreasing monotonically, where as for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 3 the field value grows steadily and then at a faster rate with conformal time.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>Behavior of the first choice of the field solution with respect to conformal time for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_1.eps"/></fig><fig id="f2"><object-id>2</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f2</object-id><label>FIG. 2.</label><caption><p>Behavior of the second choice of the field solution with respect to conformal time for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_2.eps"/></fig><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f4">4</xref>, we plotted potential for the two choices against the field. As can be seen from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d17">(17)</xref>, the potential function takes the form of exponentially decreasing and increasing function for first and second choices respectively.</p><fig id="f3"><object-id>3</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f3</object-id><label>FIG. 3.</label><caption><p>Behavior of the first choice of the potential with respect to the field for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_3.eps"/></fig><fig id="f4"><object-id>4</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f4</object-id><label>FIG. 4.</label><caption><p>Behavior of the second choice of the potential with respect to the field for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_4.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref> we have drawn the potential function with respect to conformal time. We have taken the logarithm for the potential. It can be seen that for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the potential decreases continuously in a straight line whereas for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 3 the potential rises quickly after going through a slow rise period in the beginning.</p><fig id="f5"><object-id>5</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f5</object-id><label>FIG. 5.</label><caption><p>Behavior of the potential with respect to the conformal time. Here we have taken the logarithm along the vertical axis.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_5.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f6">6</xref> we plotted the scale factor of the black hole gas model with respect to the conformal time scale. The plots have been done by fixing the value of the constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> to 1. We observe a significant difference in the behavior of the scale factor for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the higher spatial dimensions. The scale factor corresponding to the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> shows increasing behavior in the late time scales. The scale factor for higher spatial dimensions shows a decreasing behavior. The decrease is linear for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> whereas it is nonlinear for spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f6"><object-id>6</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f6</object-id><label>FIG. 6.</label><caption><p>Behavior of the scale factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with respect to the conformal time for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_6.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref> we plotted the behavior of the Hubble parameter (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>) with respect to the conformal time scale. It can be seen that the Hubble parameter is just a positive constant for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, whereas it exhibits a decreasing behavior approaching negative infinity at late conformal time scales (near <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) for the other spatial dimensions. Moreover, the value taken by the Hubble parameter for the higher spatial dimensions is always negative.</p><fig id="f7"><object-id>7</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f7</object-id><label>FIG. 7.</label><caption><p>Behavior of the Hubble parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with respect to the conformal time for different spatial dimensions.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_7.eps"/></fig><p>One could also arrive at <xref ref-type="disp-formula" rid="d6">(6)</xref> by using the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> duality symmetries of string theory; this seems interesting because it does not require the state of black hole gas to be a state near the big bang since microstates of stringy theory could also describe the microstates of black holes.</p><sec id="s2a"><label>A.</label><title>Black hole gas perturbation theory in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) dimensions</title><p>In this section we will study squeezed state formalism within the framework of black hole gas theory for FLRW spatially flat background. In this context one needs to consider the following perturbation in the scalar field: <disp-formula id="d20"><mml:math display="block"><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(20)</label></disp-formula>and to express the whole dynamics in terms of a gauge invariant description through a variable <disp-formula id="d21"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(21)</label></disp-formula>At the level of first-order perturbation theory in a spatially flat FLRW background metric, we fix the following gauge constraints: <disp-formula id="d22"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d22a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d22a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d22a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(22)</label></disp-formula>which fix the space-time reparametrization. In this gauge the spatial curvature of constant hypersurface vanishes, which implies the curvature perturbation variable is conserved outside the horizon. Applying the ADM formalism one can further compute the second-order perturbed action for scalar modes. The action, after gauge fixing, can then be expressed by the following: <disp-formula id="d23"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo id="d23a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d23a1">⁢</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(23)</label></disp-formula>Now introducing the Mukhanov variable, defined as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> where, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>; the second-order perturbed action can be rewritten as <disp-formula id="d24"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo id="d24a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d24a1">⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(24)</label></disp-formula>where the quantity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is known as the conformal time-dependent slow-roll parameter and is defined as <disp-formula id="d25"><mml:math display="block"><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(25)</label></disp-formula>For the black hole gas model, it is very easy to verify that the slow-roll parameter is equal to the dimension in which the black hole model is being considered i.e., <disp-formula id="d26"><mml:math display="block"><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(26)</label></disp-formula>which is finally independent of conformal time coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>By implementing the following ansatz for the Fourier transformation <disp-formula id="d27"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(27)</label></disp-formula>the second-order perturbation for the scalar modes in Fourier space can be further recast as <disp-formula id="d28"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo id="d28a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d28a1">⁢</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(28)</label></disp-formula>Now, varying the above second order action, we get the following equation of motion <disp-formula id="d29"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(29)</label></disp-formula>The above equation is known as the Mukhanov-Sassaki equation with the frequency of the oscillator given by <disp-formula id="d30"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(30)</label></disp-formula>The conformal time dependent effective mass in the present computation is given by <disp-formula id="d31"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">′′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(31)</label></disp-formula>with the conformal time dependent mass parameter for the black hole gas in arbitrary dimension up to leading-order terms is given by <disp-formula id="d32"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d32a1">≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">′′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d32a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(32)</label></disp-formula>where we can clearly observe that the slowly-varying conformal-time dependence is appearing from the third term where we have truncated the expansion. While computing this mass parameter we have used the following facts. <disp-formula id="d33"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(33)</label></disp-formula><disp-formula id="d34"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">′′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(34)</label></disp-formula>where the explicit expression for the Hubble parameter in the conformal time coordinate is quoted in the previous section. Finally using this result we get the following simplified expression for the mass parameter for black hole gas. <disp-formula id="d35"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(35)</label></disp-formula>A general solution to the equation of motion is written as <disp-formula id="d36"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(36)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are Hankel functions of the first and second kind, respectively, with argument <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The two integration constants can be fixed by the choice of various initial conditions. In this paper, we restrict our choice to only the Bunch-Davies vacuum case in which one fixes the initial conditions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> as 1 and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> as 0. However, it is generally difficult to work with these full solutions and one takes the asymptotic limits of the solutions which is given by <disp-formula id="d37"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d37a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d37a1">⁢</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>BHG</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(37)</label></disp-formula>where the function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> takes the following form <disp-formula id="d38"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d38a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d38a1">⁢</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>{</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(38)</label></disp-formula>The normalization with the factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> has been done in such a way that for spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f8">8</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref>, we plotted the behavior of the real and the imaginary part of the mode functions with respect to the conformal time. We observe an identical behavior for both the real and imaginary parts of the mode functions. It shows an oscillatory behavior with respect to the conformal time and the amplitude of oscillation decreases with the conformal time evolution. Also, it can be observed that the amplitude of the oscillation decreases with the increase in the number of spatial dimensions. From the mode functions, one calculates the conjugate momentum to the mode functions and thus constructs the classical Hamiltonian function. By promotion of the mode function and the conjugate momentum to quantum mechanical operators in the Heisenberg picture, one quantizes the Hamiltonian which is written as <disp-formula id="d39"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d39a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1.999em" indenttarget="d39a1">+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(39)</label></disp-formula>where, the origin of the creation and the annihilation operators can be understood, when one promotes the mode functions and its conjugate momentum to quantum mechanical operators. where the symbols <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are defined by the following expressions <disp-formula id="d40"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(40)</label></disp-formula><disp-formula id="d41"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d40a1" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(41)</label></disp-formula>where the quantity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is given by <disp-formula id="d42"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(42)</label></disp-formula>Imposing the initial condition at the horizon crossing (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>), given by time scale (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>) which is given by the following conditions <disp-formula id="d43"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mtext>Horizon crossing</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(43)</label></disp-formula>one can calculate the quantum operators at any arbitrary scale in the Heisenberg picture. Our next job is to determine the expression of the unitary operator in the context of cosmological primordial perturbations of the scalar modes where the concept of the squeezed state formalism plays a significant role. In this approach, the unitary operator is factorized as follows: <disp-formula id="d44"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(44)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the two-mode rotation operator which is defined as <disp-formula id="d45"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(45)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the two-mode squeezing operator, defined as <disp-formula id="d46"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d46a1">=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d46a1">-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(46)</label></disp-formula>Here the squeezing amplitude is represented by the time-dependent parameter, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the squeezing angle or the phase is represented by the time-dependent parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The two-mode rotation operator, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> produces an irrelevant phase contribution and is ignored. The ground state of the free part of the above Hamiltonian is taken as the initial quantum state, whereas the two-mode squeezed-quantum vacuum state obtained by acting the squeezed operator on the initial vacuum is taken as the final target state. The time evolution of the conformal time-dependent quantum operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, described by the Schrödinger equation, gives the following set of differential equations for the squeezing parameters <disp-formula id="d47"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(47)</label></disp-formula><disp-formula id="d48"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>coth</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(48)</label></disp-formula></p><fig id="f8"><object-id>8</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f8</object-id><label>FIG. 8.</label><caption><p>Behavior of the real part of the mode solution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with the scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_8.eps"/></fig><fig id="f9"><object-id>9</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f9</object-id><label>FIG. 9.</label><caption><p>Behavior of the imaginary part of the mode solution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with the scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_9.eps"/></fig></sec></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>A SHORT NOTE ON CIRCUIT COMPLEXITY</title><p>One of the challenges in quantum information processing is to find out the efficient circuit for implementing a unitary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> which can be used to solve a computational problem like Search Algorithm or Shor’s factoring <xref ref-type="bibr" rid="c41 c42 c43">[41–43]</xref>. In computer science, a similar term called complexity <xref ref-type="bibr" rid="c44 c45">[44,45]</xref> exists, which can be defined as the minimum number of computational gates required to implement a certain algorithm. If we extend this definition to quantum version as minimum number of quantum gates out of basic unitary gates <xref ref-type="bibr" rid="c46">[46]</xref> in order to implement a unitary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we get quantum complexity <xref ref-type="bibr" rid="c47 c48">[47,48]</xref>. Therefore, understanding the difficulty of implementing such unitary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as a sequence of logical gates, is very helpful and at the same time challenging.</p><p>In Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c49 c50 c51">[49–51]</xref>, the authors introduced a geometric approach to compute quantum circuit complexity based on the idea that finding the optimal quantum circuit is equivalent to problems of computing geodesics in Riemannian geometry. Here, we define a Riemannian metric on the space of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-qubit operations, and the distance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> between the identity and target unitary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> is equivalent to the number of quantum gates, which is then identified as the circuit complexity. It was shown that minimizing this distance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> i.e., finding geodesic length, gives a good measure of complexity. Thus, one can employ well developed tools of Riemannian geometry such as the Levi-Civita connection, geodesics, curvature, etc. to analyze the quantum circuit complexity. It is important to note that, even though in Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c49 c50 c51">[49–51]</xref> geometric techniques were introduced to study complexity, in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c52">[52]</xref>, the authors have used previous techniques from the theory of symmetric spaces to study time-optimal control of quantum evolution.</p><p>Let <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> be a transformation which transforms reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to the target state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> via <disp-formula id="d49"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(49)</label></disp-formula>The unitary transform <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>, in the language of quantum computation has an order of unitary gates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the depth of the circuit. We can also introduce the tolerance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ε</mml:mi></mml:math></inline-formula> which tells us whether the transformation is successful <disp-formula id="d50"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(50)</label></disp-formula>This makes sense because in any practical implications, it is difficult to represent the unitary transformation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> exactly as a combination of discrete unitary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> operations.</p><p>Obviously, there exists infinite number of ways to achieve this target state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> from the reference state. The circuit complexity is then the depth of the optimal circuit out of this infinite possibilities.</p><p>Motivated from the theory of Hamiltonian control problem, authors in Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c49 c50 c51">[49–51]</xref> introduced a geometric approach to compute this circuit complexity which was later used to compute complexity in various quantum mechanical and quantum field theoretic models. Instead of directly counting discrete set of gates required for constructing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Nielsen’s approach is geometric. In this method, with a time-dependent Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> one constructs unitary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> as <disp-formula id="d51"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo id="d51a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">←</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mtext>where</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d51a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(51)</label></disp-formula>Here, the Hermitian operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> form the basis for time dependent Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The path-ordering operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:math></inline-formula> is another version of the time-ordering operator which indicates that the circuit, made out of noncommuting operators, is built from right to left. The right to left application of operators is a choice of convention. The control functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be thought as particular gates added at a time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> represented by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d51">(51)</xref>.</p><p>One can then construct paths in the space of unitaries as <disp-formula id="d52"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">←</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(52)</label></disp-formula>The most interesting case is when the trajectory satisfies the boundary conditions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>. These <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfy <disp-formula id="d53"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(53)</label></disp-formula>Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> is actually just a time-dependent Schrödinger equation in the form when one solves it via time-ordered exponentials.</p><p>As we discussed before, there are an infinite number of ways of achieving a unitary transformation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>. However, not all processes are optimal. In order to find out the optimal transformation, a cost function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is defined. This cost function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is a local functional along the trajectory of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and tangent vectors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Now, for each path the cost is defined as <disp-formula id="d54"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(54)</label></disp-formula>Nielsen showed that, the variational geometric approach of minimizing this functional is basically finding the optimized quantum circuit. Standing on the physical grounds, the cost function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula> should satisfy certain properties. Those are appended below. <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p><italic>Continuity</italic>: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula> should be continuous. It is reasonable to assume continuity on physical grounds.</p></list-item><list-item><label>(b)</label><p><italic>Positivity</italic>: Based on the definition of cost function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it is reasonable to expect <disp-formula id="d55"><mml:math display="block"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(55)</label></disp-formula>where equality holds if and only if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The equality condition also implies that the reference and target is basically same.</p></list-item><list-item><label>(c)</label><p><italic>Positive homogeneity</italic>: For any positive real number <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and any vector <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we get <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(d)</label><p><italic>Triangle Inequality</italic>: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the triangle inequality, <disp-formula id="d56"><mml:math display="block"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(56)</label></disp-formula>for all tangent vectors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The special case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is satisfied if and only if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> are along the same ray coming out from the origin.</p></list-item></list></p><p>If one extends the continuity condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>∞</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula> is smooth; then the manifold is known as Finsler Manifold. Nielsen’s geometric approach of determining complexity is computing the geodesic in Finsler geometry, and the length of this geodesic gives the complexity. This definition of complexity is also called the geometric circuit complexity.</p><p>In literature, there are different choices of these cost functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. These choices depends on how one defines the complexity, and the elementary gate sets for their setup. Some of the simple examples are <disp-formula id="d57"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d57a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d57a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d57a1">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d57a1">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(57)</label></disp-formula>We can now give comments on various choices of these cost functions. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>; the linear cost functional, measure is the nearest concept that is close to counting individual gates in the circuit. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>; the quadratic cost functional, can be considered as the proper distance in the manifold. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be thought of as a cost function where penalty factors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are used to favor certain directions over others. This becomes reasonable when one consider elementary gates coupled only to the neighboring qubits and discard those qubits which are nonlocal. Depending on the system, one can choose different cost functions to study the circuit complexity.</p><p>One can also introduce a general class of inhomogeneous and homogeneous family of functionals represented by <disp-formula id="d58"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d58a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d58a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(58)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> represents the degree of homogeneity. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> was introduced in the context of holography to match the results obtained from “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>Complexity</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Action</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” and “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>Complexity</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>Volume</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” conjectures.</p></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>CIRCUIT COMPLEXITY OF TWO MODE SQUEEZED STATES</title><p>A simple but a very rich example of entangled multi-mode field states is the two-mode squeezed vacuum state. (More details about two-mode squeezed states can be found in <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>.) As already defined in the previous section, the two-mode squeezing operator is given by <disp-formula id="d59"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(59)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are known as squeezing parameters and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The two-mode squeezed vacuum state, which will act as our target state is given by the action of two-mode squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> on the two-mode vacuum state (initial state), <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. <disp-formula id="d60"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d60a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d60a1">=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(60)</label></disp-formula>In terms of the number of states, one can show that the state of two-mode squeezed states is given by <disp-formula id="d61"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(61)</label></disp-formula>We are now in the position to compute circuit complexity of the reference and target state of the two-mode squeezed states and compare it to the entanglement entropy. For this, we need to write our reference and target quantum states as Gaussian wave functions. The auxiliary position and momentum variables are <disp-formula id="d62"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(62)</label></disp-formula><disp-formula id="d63"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(63)</label></disp-formula>with, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The reference state i.e., the two-mode vacuum state, in the position space can be expressed as a Gaussian wave function as follows: <disp-formula id="d64"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d64a1">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d64a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(64)</label></disp-formula>The target state, the two-mode squeezed state, in the position space has the wave function <disp-formula id="d65"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d65a1">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d65a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>π</mml:mi></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(65)</label></disp-formula>where, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the coefficients and are functions of squeezing parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> <disp-formula id="d66"><mml:math display="block"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo id="d66a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d66a1">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(66)</label></disp-formula>It is helpful to define three other terms for simplifying the complexity calculation <disp-formula id="d67"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(67)</label></disp-formula>Three methods of computing complexity were discussed in <xref ref-type="bibr" rid="c54">[54]</xref>. For our case, two methods i.e., computing complexity via covariance matrix method and Nielsen’s method are relevant. As we discussed before in Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d57">(57)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d58">(58)</xref>, complexity depends on the choice of cost functions. Let <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> be the circuit complexity corresponding to linear cost functional <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> to quadratic cost functional <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to k family of functionals <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><sec id="s4a"><label>A.</label><title>Complexity via the covariance matrix method</title><p>This method is interesting because complexity from the covariance matrix method is independent of the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We will see later that the entanglement entropy obtained is also independent of the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, so the comparison between circuit complexity and entanglement entropy is more visible in this approach. Since our reference and target states <xref ref-type="disp-formula" rid="d64">(64)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d65">(65)</xref> are in Gaussian form, we can express it as covariance matrix. The covariance matrix for the reference state is given as <disp-formula id="d68"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(68)</label></disp-formula></p><p>The covariance matrix for the target state is given as <disp-formula id="d69"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="22ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="22ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(69)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="d67">(67)</xref>. The covariance matrix basically carries the same information as the wave function. In the context of the covariance matrix approach, circuit complexity quantifies the number of gates to take the covariance matrix of the reference state to the covariance matrix of the target state. We will factorize the covariance matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>G</mml:mi></mml:math></inline-formula> into two <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> matrices. This gives us the benefit that we can compute complexity for each block and sum over all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to give the total complexity. The two symmetric blocks for the reference states are <disp-formula id="d70"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(70)</label></disp-formula>while, the two symmetric blocks for the target states are <disp-formula id="d71"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(71)</label></disp-formula><disp-formula id="d72"><mml:math display="block"/><label>(72)</label></disp-formula><disp-formula id="d73"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="12ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="12ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(73)</label></disp-formula>The basis for each block is changed to make the calculation easier as follows: <disp-formula id="d74"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(74)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a specifically chosen matrix such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="double-struck">1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In our case, the matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> is given by <disp-formula id="d75"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:msqrt></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(75)</label></disp-formula>This implies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="double-struck">1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <disp-formula id="d76"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(76)</label></disp-formula>We can assume that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is real. In the language of the covariance matrix, the unitary transformation of wave functions can be expressed as <disp-formula id="d77"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>s</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(77)</label></disp-formula>The unitary transformation is then parametrized with gates satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra as <disp-formula id="d78"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(78)</label></disp-formula>where, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the coordinates on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> group. Now, we will set following boundary conditions: <disp-formula id="d79"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d79a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d79a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(79)</label></disp-formula>This boundary conditions applied with the parametrized unitary transformations gives <disp-formula id="d80"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo id="d80a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d80a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(80)</label></disp-formula>In order to make the calculation simpler we choose: <list list-type="order"><list-item><label>(1)</label><p><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(2)</label><p><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list></p><p>Given these conditions the metric for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> becomes <disp-formula id="d81"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo id="d81a1">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d81a1">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(81)</label></disp-formula></p><p>The simple geodesic is a straight line on this geometry which is given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. From, the boundary conditions <xref ref-type="disp-formula" rid="d80">(80)</xref>, we get <disp-formula id="d82"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(82)</label></disp-formula>In order to get total circuit complexity, we have to sum over both values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Therefore, for linear and quadratic cost functions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we will get <disp-formula id="d83"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d83a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d83a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d83a1">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(83)</label></disp-formula><disp-formula id="d84"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(84)</label></disp-formula></p><p>Using the explicit form of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the circuit complexity reduces to a simple form which is independent of the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> <disp-formula id="d85"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math><label>(85)</label></disp-formula><disp-formula id="d86"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math><label>(86)</label></disp-formula>These two cost functions are then related by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Naturally, for small squeezing parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This makes sense as for small squeezing parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the reference and the target states are basically same.</p></sec><sec id="s4b"><label>B.</label><title>Complexity via Nielsen’s wave-function method</title><p>Unlike covariance matrix method, Nielsen’s approach using wave functions gives the circuit complexity of two-mode squeezed states that is sensitive to both squeezing parameters, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The general philosophy of computing circuit complexity is basically same as in the covariance approach. However, instead of representing the wave function as a covariance matrix, we will directly compute the complexity using the reference and target two-mode squeezed states, i.e., Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d64">(64)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d65">(65)</xref> respectively. Then, we will be able to write the circuit complexity in terms of squeezing parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The exponent of the target state i.e., two-mode squeezed states Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d65">(65)</xref> can be diagonalized as <disp-formula id="d87"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(87)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the normalization constant i.e., denominator in <xref ref-type="disp-formula" rid="d65">(65)</xref> and <disp-formula id="d88"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(88)</label></disp-formula>The unsqueezed reference state is also a Guassian wave function represented by <disp-formula id="d89"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msub><mml:mo id="d89a1">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d89a1">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(89)</label></disp-formula>Our two Gaussian wave functions have the form <disp-formula id="d90"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(90)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> diagonal matrix. For the target state Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d87">(87)</xref>, <disp-formula id="d91"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(91)</label></disp-formula>while for our reference state Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d89">(89)</xref>, matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. So, <disp-formula id="d92"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="9ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(92)</label></disp-formula>The unitary transformation Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d52">(52)</xref> acts like, <disp-formula id="d93"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(93)</label></disp-formula>The boundary conditions are given by <disp-formula id="d94"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d94a1">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d94a1">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(94)</label></disp-formula><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be parametrized as in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d51">(51)</xref> such that at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the required target state is achieved. Since, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> can have complex elements, elementary gates are restricted to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> unitaries. Tangent vector components <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> are complex parameters while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the generators. Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> can also be expressed as <disp-formula id="d95"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(95)</label></disp-formula>where, we note that <disp-formula id="d96"><mml:math display="block"><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(96)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 1, 2, 3. The metric is then given by: <disp-formula id="d97"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(97)</label></disp-formula>For simplicity, we will choose penalty factors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> where we fix it to unity. The off-diagonal elements in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be set to zero as they increase the distance between states. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> will become <disp-formula id="d98"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>diagonal</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(98)</label></disp-formula>where, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are complex parameters and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>diagonal</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are generators with identity at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> diagonal elements. The metric takes a simple form <disp-formula id="d99"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(99)</label></disp-formula>where Re and Im indicates real and imaginary part of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> respectively. The geodesic is again a straight line in the manifold given by <disp-formula id="d100"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(100)</label></disp-formula>for each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>and</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Given the boundary conditions, we will get, <disp-formula id="d101"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d101a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d101a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d101a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(101)</label></disp-formula>for each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Now, the circuit complexity for linear <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and quadratic cost <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> functions can be derived as follows: <disp-formula id="d102"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d102a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d102a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(102)</label></disp-formula><disp-formula id="d103"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d103a1">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Re</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Im</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d103a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Re</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(103)</label></disp-formula>Using explicit values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d67">(67)</xref>, we can get general circuit complexity form, <disp-formula id="d104"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(104)</label></disp-formula><disp-formula id="d105"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(105)</label></disp-formula>We can also obtain approximate expressions for different limiting conditions. These expressions are discussed below: <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p><italic>Small</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>and Small</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>; For small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we can use approximating expressions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> to get <disp-formula id="d106"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(106)</label></disp-formula><disp-formula id="d107"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(107)</label></disp-formula></p></list-item><list-item><label>(b)</label><p><italic>Large</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>and Large</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>; For large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we can use the approximating expression <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and obtain the approximated circuit complexity form <disp-formula id="d108"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(108)</label></disp-formula><disp-formula id="d109"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(109)</label></disp-formula>These two cost functions are related by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(c)</label><p><italic>Small</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>and Large</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>; For small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we can use the approximating expressions: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This leads to the approximated circuit complexity of the form <disp-formula id="d110"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(110)</label></disp-formula><disp-formula id="d111"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(111)</label></disp-formula>These two cost functions are then related by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list></p><p>Also, for an example, let us see the structure of the cost functions for large squeezing parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="d112"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(112)</label></disp-formula></p></sec></sec><sec id="s5"><label>V.</label><title>ENTANGLEMENT ENTROPY OF TWO MODE SQUEEZED STATES</title><p>In this section we will compute the entanglement entropy for the two-mode squeezed states and compare it to the circuit complexity. Not only are our states are entangled, there is also a strong correlation between the two modes. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>sq</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is also an eigenstate of the difference number operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with eigenvalue 0, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Due to this strong correlation and symmetry between the two modes, the average photon number in each mode is same <disp-formula id="d113"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(113)</label></disp-formula>The reduced density operators for the individual modes are given by <disp-formula id="d114"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(114)</label></disp-formula><disp-formula id="d115"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(115)</label></disp-formula></p><p>The probability of having <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> photons in a single mode <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d116"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(116)</label></disp-formula>Commonly used entanglement entropies are von-Neumann and Rényi entanglment entropies. For a density operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, von-Neumann entropy is given by <disp-formula id="d117"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(117)</label></disp-formula>If the density operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is pure, then <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>pure</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while for mixed states <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>mixed</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. It is usually not trivial to calculate the entropy. However, for the basis in which the density operator is diagonal such as in the Schmidt basis, the entropy can be calculated simply from the diagonal elements as <disp-formula id="d118"><mml:math display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math><label>(118)</label></disp-formula>Since our two-mode squeezed state <xref ref-type="disp-formula" rid="d61">(61)</xref> is already in the form of a Schmidt decomposition, and we also have the form of reduced density operators of individual modes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can calculate the von-Neumann entanglement entropy by realizing that the diagonal elements <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Then, the von-Neumann entropy, a measure of degree of entanglement is <disp-formula id="d119"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d119a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d119a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d119a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d119a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d119a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sinh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(119)</label></disp-formula>We have plotted the von-Neumann entanglement entropy in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f10">10</xref>. It can be seen that entanglement entropy increases with increasing squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Note that we did not calculate the entropy corresponding to the squeezed state Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d61">(61)</xref> because naturally this entropy is going to be zero as it is a pure state. Instead, we have calculated entropy for the reduced density matrix.</p><fig id="f10"><object-id>10</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f10</object-id><label>FIG. 10.</label><caption><p>von-Neumann entanglement entropy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a function of a squeezing magnitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_10.eps"/></fig><p>We can now generalize von-Neumann entropy to get Rényi entropy for the reduced density operator <disp-formula id="d120"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo id="d120a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d120a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mtext>ln coshr</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(120)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the Rényi parameter and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Schmidt rank of the squeezed state Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d61">(61)</xref> which is infinity. Again, we can see that the Rényi entropy increases with increasing squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f11">11</xref> we plotted Rényi-entanglement entropy for various Rényi parameters, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f11"><object-id>11</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f11</object-id><label>FIG. 11.</label><caption><p>Rényi-entanglement entropy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of squeezing magnitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, they grow linearly with increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_11.eps"/></fig><p>For very large squeezing parameters we get <disp-formula id="d121"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(121)</label></disp-formula></p><p>If we take the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we get the von-Neumann entropy <xref ref-type="disp-formula" rid="d119">(119)</xref>. Meanwhile, Rényi-2 entropy is given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>ln cosh</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>One can also calculate the effective temperature of the source by computing the thermal distribution with an average photon number, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The average photon number of the thermal field is given by <disp-formula id="d122"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ℏ</mml:mi><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(122)</label></disp-formula>Then, one can compute the effective temperature as <disp-formula id="d123"><mml:math display="block"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo id="d123a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ℏ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d123a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ℏ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d123a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ℏ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>coth</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(123)</label></disp-formula>where, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the frequency of the mode and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><sec id="s5a"><label>A.</label><title>Quantum circuit complexity vs entanglement</title><p>Now, a comment on comparison of entanglement entropy with circuit complexity is in order. It was very recently shown in <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref> that there exists some relationship between entangling power and circuit complexity. Most importantly, if the entanglement entropy grows linearly with time, the geometric-circuit complexity also grows linearly.</p><p>Generally, quantum circuit complexity and entanglement are different quantities. However, for small values of circuit cost and entanglement, one can use the entanglement entropy to bound the circuit complexity. The argument presented in <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref> is that quantum gates that are close to the identity exhibit little entanglement from the product or entangled states. One of the interesting corollaries presented in <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref> is that whenever entanglement entropy grows linearly in time, the circuit complexity also grows linearly. Linear growth of entanglement entropy is a generic feature of several quenched many-body systems.</p><p>Our analysis of complexity and entanglement entropy of two-mode squeezed states is in agreement with the result in <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref>. Since both entanglement entropy and circuit complexity computed with the covariance matrix method are independent of the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the comparison is clearer than with Nielsen’s method of wave functions. The explicit form of circuit complexity with the covariance matrix method is obtained in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d85">(85)</xref>, <disp-formula id="d124"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(124)</label></disp-formula><disp-formula id="d125"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(125)</label></disp-formula>While comparing the form of entanglement entropy Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d119">(119)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d120">(120)</xref> with this circuit complexity, we get <disp-formula id="d126"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(126)</label></disp-formula>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>, we plotted the comparison between von-Neumann entropy and circuit complexity (computed using the covariance matrix method). The circuit complexities <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> grow linearly just like the entanglement entropy. Up to these distances, circuit complexity is indeed lower bounded by entanglement entropy. This result can have a physical interpretation. Since the entanglement entropy for the two-mode squeezed states increases with increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the entanglement entropy from the vacuum to distant states is large. Therefore, in the context of two-mode squeezed states, with proper circuit complexity cost, entanglement entropy could be used as a measure of complexity.</p><fig id="f12"><object-id>12</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f12</object-id><label>FIG. 12.</label><caption><p>Comparision of the von-Neumann entanglement entropy with circuit complexity.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_12.eps"/></fig><p>So far, we have only compared circuit complexity obtained via the covariance approach. A more detailed numerical comparison of circuit complexity via Nielsen’s approach with entanglement entropy and temperature will be discussed in the numerical analysis section.</p></sec></sec><sec id="s6"><label>VI.</label><title>NUMERICAL RESULTS</title><p>In this section we do the numerical analysis of the circuit complexity calculated for the model of “black hole gas”. To provide a wholesome and physically relevant discussion, we do the analysis in terms of the scale factor. We begin by solving the evolution equations of the squeezed state parameters given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d47">(47)</xref>.</p><p>To recast the above differential equations and study the time evolution in terms of a scale factor, a simple change of variable is implemented, which transforms the above equation. This change of variable is sometimes called a field redefinition.</p><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref>, we have plotted the evolution of the squeezed-state parameter with respect to the scale factor. The behavior of the squeezed-state parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is crucial for understanding the behavior of the circuit complexity and its evolution with the scale factor. From the behavior of the squeezed state parameters, we see widely different behaviors of the model in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) dimensions i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the plots. The behavior for the higher dimensions however looks to be pretty similar. The squeezing is large and growing at early times; however, after a certain scale, the squeezing freezes and saturates at a constant value of squeezing. The increase in the squeezing grows up to a very large scale for spatial dimension 1 (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the plots) and the freezing of the squeezing effect is not observed even for extremely high scales. This makes the spatial dimension 1 markedly different from the higher spatial dimensions where the freezing effect in the squeezing is explicitly observed.</p><fig id="f13"><object-id>13</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f13</object-id><label>FIG. 13.</label><caption><p>Behavior of the squeezed-state parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with the scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_13.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref>, we plotted the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with respect to the scale factor. For the model considered in this paper, we observe that for the spatial dimension 1, the squeezed angle rises for initial scales and is frozen and saturated at intermediate and late scales. However, for higher dimensions the squeezed angle increases at the initial scales but shows a fall after a certain characteristic scale.</p><fig id="f14"><object-id>14</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f14</object-id><label>FIG. 14.</label><caption><p>Behavior of the squeezed state parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with the scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_14.eps"/></fig><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f15">15</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref>, we plotted the circuit complexity with respect to the scale factor calculated from the two different cost functionals using both Nielsen’s and the covariance approach. Let us make a comparative analysis of complexity obtained from Nielsen’s and the covariance approach. The structure of circuit complexity in the covariance approach has a similar pattern as the squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref> and has almost no feature coming out of the squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref>. This makes sense as the circuit complexity obtained from the covariance approach is independent of the squeezing angle. Irrespective of the spatial dimension, the circuit complexity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> gradually increase and saturates after some values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f15"><object-id>15</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f15</object-id><label>FIG. 15.</label><caption><p>Behavior of the linearly weighted circuit complexity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> with respect to the black hole gas scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_15.eps"/></fig><fig id="f16"><object-id>16</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f16</object-id><label>FIG. 16.</label><caption><p>Behavior of the geodesically weighted Circuit complexity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> with respect to the black hole gas scale factor.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_16.eps"/></fig><p>In contrast to the covariance approach, Nielsen’s approach gives a different story of circuit complexity. This is mainly due to the reasoning that the circuit complexity in Nielsen’s approach is dependent on both squeezing parameters, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, from Figs. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref>. This lets us observe the detail of the evolution of the wave function uniquely. As already pointed out in the previous discussion, the speciality of the spatial dimension 1 can be clearly understood from the complexity plots as well. The initial rise in the complexity measures is observed irrespective of the spatial dimension though the scale factor up to which the rise is observed is influenced by the spatial dimension. With the increase in spatial dimension, the rise in the complexities is observed until lower scale factors. After a critical value of the scale factor the complexity measures show a gradual fall in the values. This rate of fall is found to be extremely less for the spatial dimension 1 where even at large value of the scale factor, only a small fall in the value of the complexity is observed. It can be noted that for higher dimension, the complexity measure falls off quickly. The faster a complexity measure falls to a certain minima, the faster it starts to oscillate as seen in the graph. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> the oscillation starts early compared to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Also, such oscillatory behavior is saturated at higher values of scale factors. The oscillations in Figs. <xref ref-type="fig" rid="f15">15</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref> for higher spatial dimensions could be a hint of the quantum gravity corrections in the very early Universe in terms of vaccum fluctuations of “virtual black holes” of radii R. Such fluctuations could effectively resolve the cosmological constant puzzle. The “vecro component” which describes the part of the wave functional associated to virtual black hole fluctuations that could alter the overall vaccum energy giving us an effective value of cosmological constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and hence resolving the issue. The other way to look at the oscillation of complexity is that at the minimum complexity regions, the distance in initial and evolved states are low as one state can be evolved to the next with low number of quantum gates while it is opposite in the maximum complexity regions. So, the structure of the wave function in lower complexity regions are closer to the initial states than the one in high complexity regions.</p><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f17 f18 f19">17–19</xref>, we plotted the behavior of entanglement entropy with respect to the scale factor. The two curves in the plots correspond to the two types of entanglement entropy we considered in this paper viz von-Neumann entanglement entropy and Rényi entropy. Even though the overall behavior of both forms of entanglement entropy are identical, we still observe a minute difference. It can be seen that the von-Neumann entropy rises faster to a higher value compared to Rényi entropy. This feature is observed for all spatial dimensions. For spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we observe an increasing behavior of the entropy through the entire range of the scale factor. But for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 3, we observe an initial increase in the entropy which then starts to oscillate with its amplitude decaying for higher value of scale factor. It can be noted that with rise in the number of spatial dimension, the rise in entropy decreases and hence saturates at a lower value. We would like to relate the entropy calculated from the squeezed state formalism with the entropy of the black hole gas. One can comment about the entropy of the black hole gas from the entropy calculated using the squeezed state formalism because the information about the black hole gas is itself encoded in the squeezed parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. To be more precise, the evolution equations for the squeezed state parameters written in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d47">(47)</xref> has been solved using the solution of the scale factor of the black hole gas model as the dynamical variable. Hence, the information about the black hole gas model propagates through the squeezed state parameters to any quantity we calculate. Thus, the entnaglement entropy calculated from the squeezed state parameter is intimately related with the entropy of the black hole gas model.</p><fig id="f17"><object-id>17</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f17</object-id><label>FIG. 17.</label><caption><p>Behavior of entanglement entropy vs the scale factor for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_17.eps"/></fig><fig id="f18"><object-id>18</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f18</object-id><label>FIG. 18.</label><caption><p>Behavior of entanglement entropy vs the scale factor for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_18.eps"/></fig><fig id="f19"><object-id>19</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f19</object-id><label>FIG. 19.</label><caption><p>Behavior of entanglement entropy vs the scale factor for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_19.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f20">20</xref>, we plotted <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> computed with both Nielsen’s and Covariance approach with respect to the von-Neumann entanglement entropy to inspect the validity of the conjectured relation proposed by Susskind between complexity and entanglement entropy. We observe that for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, in the initial values of entanglement entropy, the behavior <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> shows an is increasing. However, at the intermediate scales, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> shows a sharp fall followed by a rise and saturation at large values of entanglement entropy. Thus, we observe a nonlinear relation between <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and entropy. For low values of entanglement entropy, the difference in amplitude of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is higher in Nielsen’s approach than in the covariance approach. This could be because in the covariance approach <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are related by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> while in Nielsen’s approach <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> have a complicated relationship.</p><fig id="f20"><object-id>20</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f20</object-id><label>FIG. 20.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs von Neumann entanglement entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_20.eps"/></fig><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f21">21</xref> and <xref ref-type="fig" rid="f22">22</xref>, we study the behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> with von-Neumann entanglement entropy for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We observe an almost identical behavior for the higher spatial dimensions with the behavior shown in spatial dimension 1.</p><fig id="f21"><object-id>21</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f21</object-id><label>FIG. 21.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs von Neumann entanglement entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_21.eps"/></fig><fig id="f22"><object-id>22</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f22</object-id><label>FIG. 22.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs von Neumann entanglement entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_22.eps"/></fig><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f23 f24 f25">23–25</xref>, we have plotted <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs Rényi entropy (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) for different spatial dimensions. It is observed that the overall behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to the Rényi entropy is identical to what we observe in the von-Neumann entanglement entropy case. This identical nature in the behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> is observed for all spatial dimensions.</p><fig id="f23"><object-id>23</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f23</object-id><label>FIG. 23.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs Rényi entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_23.eps"/></fig><fig id="f24"><object-id>24</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f24</object-id><label>FIG. 24.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs Rényi entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_24.eps"/></fig><fig id="f25"><object-id>25</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f25</object-id><label>FIG. 25.</label><caption><p>Behavior of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> vs Rényi entropy for the black hole gas in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_25.eps"/></fig><p>In Figs. <xref ref-type="fig" rid="f26">26–28</xref> we plotted the behavior of the equilibrium temperature of the black hole gas with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the entanglement entropy for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2, 3. The reason we plotted the behavior of the equilibrium temperature with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the entanglement entropy on the same plot was to get an idea of how it behaves with two most important quantities in our analysis i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entanglement entropy. The motivation came from Susskind’s conjectured relation where he connected the rate of change of complexity with the entanglement entropy and the equilibrium temperature. However, instead of using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> as we have used the scale factor, which is cosmologically a much more relevant quantity, as the dynamical variable of our analysis. The red curve in the plot shows the behavior of the equilibrium temperature with respect to the entanglement entropy, whereas the black curve shows the behavior with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. It is clearly evident that irrespective of the spatial dimension, the behavior of the equilibrium temperature shows an increasing. One can approximate the behavior as follows: <disp-formula id="und1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>However, it can be seen that the behavior of the equilibrium temperature is overall not identical in nature with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different spatial dimensions and the measure to compute complexity, although some of the features do match. In Nielsen’s approach, it can be observed that for negative values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, for two values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> the black hole gas model attains same value of the equilibrium temperature. For spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, in the intermediate and positive values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the equilibrium temperature is almost constant, but for higher spatial dimension the multivalue nature of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> with the equilibrium temperature returns. However, in the covariance approach in all three spatial dimensions, the behavior is identical.</p><fig id="f26"><object-id>26</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f26</object-id><label>FIG. 26.</label><caption><p>Behavior of equilibrium temperature of the black hole gas with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entanglement entropy in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_26.eps"/></fig><fig id="f27"><object-id>27</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f27</object-id><label>FIG. 27.</label><caption><p>Behavior of equilibrium temperature of the black hole gas with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entanglement entropy in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_27.eps"/></fig><fig id="f28"><object-id>28</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.f28</object-id><label>FIG. 28.</label><caption><p>Behavior of equilibrium temperature of the black hole gas with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entanglement entropy in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> spatial dimension.</p></caption><graphic xlink:href="e065002_28.eps"/></fig><p>Thus we see that irrespective of the spatial dimension and the approach of computing complexity in which the black hole model is considered, neither <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> nor entanglement entropy has a linear relationship with the equilibrium temperature.</p><sec id="s6a"><label>A.</label><title>Quantum extremal islands vs black hole gas</title><p>In this portion, we are going to give a comparative analysis of the quantum extremal islands with the black hole gas model from the perspective of circuit complexity. <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p>Circuit complexity calculated from the solution of cosmological islands resembled the page curve in a specific parameter space <xref ref-type="bibr" rid="c36">[36]</xref> but for the black hole gas model we observe different behavior of the circuit complexity for different spatial dimension.</p></list-item><list-item><label>(b)</label><p>In another parameter space the behavior of the circuit complexity for the island model showed only a rising behavior which is also different from the one we observe for the black hole gas model.</p></list-item><list-item><label>(c)</label><p>The entanglement entropy predicted from the circuit complexity in the cosmological island model again resembled the page curve in a particular parameter space and showed a decreasing behavior in another parameter space, whereas for the black hole gas model the entropy showed a increasing behavior for the spatial dimension 1 and 2 and an increasing behavior followed by an oscillation for the spatial dimension 3.</p></list-item><list-item><label>(d)</label><p>The oscillatory behavior of the circuit complexity at large values of scale factor, which is observed for the higher spatial dimensions for the black hole gas model is absent in the cosmological island model, even when probed to very high scales.</p></list-item></list></p></sec><sec id="s6b"><label>B.</label><title>Comparative analysis of circuit complexity from Nielsen’s method and the covariance matrix method</title><table-wrap id="q1" position="anchor" specific-use="style-2col"><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.065002.q1</object-id><oasis:table frame="bottom"><oasis:tgroup cols="3"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="26%"/><oasis:colspec align="left" colname="col2" colsep="0" colwidth="40%"/><oasis:colspec align="left" colname="col3" colsep="0" colwidth="37%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top">Parameters</oasis:entry><oasis:entry valign="top" align="center">Covariance approach</oasis:entry><oasis:entry valign="top" align="center">Nielsen’s approach</oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Dependence on squeezing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Does not depend on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Depends on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Dependence on squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Always linearly dependent onsqueezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>May have nonlinear dependence on squeezing parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Sensitivity to details of wave function</oasis:entry><oasis:entry>Since it is independent of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, it is not so sensitive to the details of the wave function</oasis:entry><oasis:entry>Since it depends on both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> it is sensitive to the details of the wave function.</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Limiting conditions</oasis:entry><oasis:entry>Only one condition exists <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are vastly different</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Structure of Circuit complexity in Black Hole Gas model</oasis:entry><oasis:entry>For all spatial dimensions it grows until certain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> then, it saturates</oasis:entry><oasis:entry>Depending on the spatial dimension, it can oscillate</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Comparison with genral form of entanglement entropy</oasis:entry><oasis:entry>Easier to compare with entanglement entropy as both are independent of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Due to dependence on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, it is difficult to compare with entanglement entropy.</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>Entanglement entropy and Circuit Complexity in Black hole Gas Model</oasis:entry><oasis:entry>Complexity has the same growth pattern as entanglement entropy in all three spatial dimensions which is expected.</oasis:entry><oasis:entry>It is not trivial to compare complexity with entanglement entropy. So, one has to do case by case analysis.</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and Entanglement entropy (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>) in Black hole Gas Model</oasis:entry><oasis:entry>The difference in amplitude of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is lower.</oasis:entry><oasis:entry>The difference in amplitude of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is higher.</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Temperature and entropy (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>) in Black hole Gas Model</oasis:entry><oasis:entry>The behavior of Temperature with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entropy is different in three different spatial dimensions.</oasis:entry><oasis:entry>The behavior of temperature with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and entropy is same in three different spatial dimensions.</oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap></sec></sec><sec id="s7"><label>VII.</label><title>CONCLUSIONS</title><p>Through analysis of the black hole gas model from the perspective of circuit complexity and entanglement entropy using the language of the squeezed state formalism we arrive at the following conclusions: <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p>The circuit complexity computed from Nielsen’s wave function approach provides a much better understanding than that computed from the covariance matrix method as it depends on both the squeezing angle and the squeezing parameter and hence can be related to the entanglement entropy.</p></list-item><list-item><label>(b)</label><p>The behavior of the circuit complexity for the spatial dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is significantly different from higher spatial dimensions. Whereas complexity saturates or changes significantly slowly at large scale factors for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it falls off rapidly and has an oscillatory behavior for higher spatial dimensions.</p></list-item><list-item><label>(c)</label><p>The behavior of the entanglement entropy with respect to the scale factor for different spatial dimension shows different features. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it is just an increasing function whereas for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and 3, we observe an oscillatory behavior with the frequency of oscillation increasing with the increase in spatial dimension.</p></list-item><list-item><label>(d)</label><p>We observe that for no spatial dimensions the quantity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> varies linearly with the von-Neumann entanglement entropy or Rényi entropy.</p></list-item><list-item><label>(e)</label><p>For different spatial dimensions, the behavior of the equilibrium temperature with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is peculiar and it is not possible to predict an approximate relation; one has to study different ranges of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> separately to understand the behavior of the equilibrium temperature.</p></list-item><list-item><label>(f)</label><p>For different spatial dimensions, from the behavior of equilibrium temperature with entanglement entropy, it can be understood that the relation between entanglement entropy and equilibrium temperature is not linear but goes as <disp-formula id="und2"><mml:math display="block"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></disp-formula></p></list-item><list-item><label>(g)</label><p>From the comparative analysis of the black hole gas model with that of the cosmological islands from the perspective of circuit complexity, we can conclude that circuit complexity can be used as a useful tool to discover the underlying features of a model which are otherwise difficult to analyze.</p></list-item></list></p><p>The future prospects of the work can be written: <list list-type="alpha-lower"><list-item><label>(a)</label><p>Circuit complexity has been studied for thermofield double states <xref ref-type="bibr" rid="c20">[20]</xref>. The process of thermalization can also be realized by a process known as quantum quench, where the states are expressed as the generalized Calabrese Cardy form. Hence one can explore the thermalization phenomenon using circuit complexity.</p></list-item><list-item><label>(b)</label><p>People have studied circuit complexity as a deformation in the Euclidean path integral for conformal field theory (CFT’s). This is mainly known as path integral optimization <xref ref-type="bibr" rid="c19">[19]</xref>. However, these deformations appear in the context of cosmological perturbation theory as well and one can try to extend this circuit complexity using path integral optimization in de Sitter space.</p></list-item></list></p></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>The research fellowship of S. C. is supported by the J. C. Bose National Fellowship of Sudhakar Panda. S. C. also would line to thank the School of Physical Sciences, National Institute for Science Education and Research (NISER), Bhubaneswar for providing the work friendly environment. S. C. would like to sincerely thank Professor Samir D. Mathur from Ohio State University, USA for various helpful discussions and suggesting the Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref> regarding black hole gas. S. C. also thanks all the members of our newly formed virtual international nonprofit consortium Quantum Structures of the Space-Time and Matter (QASTM) for elaborative discussions. Kiran Adhikari would like to thank TTK, RWTH and JARA, Institute of Quantum Information for fellowships. Satyaki Chowdhury and K. Shirish would like to thank NISER Bhubaneswar and VNIT Nagpur respectively, for providing fellowships. Last but not least, we would like to acknowledge our debt to the people belonging to the various parts of the world for their generous and steady support for research in natural sciences.</p></ack><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>1</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity in Vaidya spacetimes. Part I</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>046</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP06(2018)046</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity in Vaidya spacetimes. Part II</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>114</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP06(2018)114</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>3</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. A. Cano</string-name>, <string-name>R. A. Hennigar</string-name>, and <string-name>H. Marrochio</string-name></person-group>, <article-title>Complexity Growth Rate in Lovelock Gravity</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>121</volume>, <page-range>121602</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.121.121602</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. L. Barbon</string-name> and <string-name>J. Martin-Garcia</string-name></person-group>, <article-title>Terminal holographic complexity</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>132</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP06(2018)132</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Flory</string-name> and <string-name>N. Miekley</string-name></person-group>, <article-title>Complexity change under conformal transformations in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>AdS</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>CFT</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>05</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>003</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP05(2019)003</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>D. Ge</string-name>, and <string-name>G. Policastro</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity for defects distinguishes action from volume</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>05</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>049</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP05(2019)049</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. A. Agón</string-name>, <string-name>M. Headrick</string-name>, and <string-name>B. Swingle</string-name></person-group>, <article-title>Subsystem complexity and holography</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>145</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2019)145</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Goto</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, <string-name>L. Queimada</string-name>, and <string-name>B. Yoshida</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity equals which action?</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>160</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2019)160</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Bernamonti</string-name>, <string-name>F. Galli</string-name>, <string-name>J. Hernandez</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, <string-name>S.-M. Ruan</string-name>, and <string-name>J. Simón</string-name></person-group>, <article-title>Aspects of the first law of complexity</article-title>, <source>J. Phys. A</source> <volume>53</volume>, <page-range>294002</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JPAMB5</pub-id><issn>1751-8113</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1751-8121/ab8e66</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>10</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Caceres</string-name>, <string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>J. D. Couch</string-name>, <string-name>J. P. Hernandez</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, and <string-name>S.-M. Ruan</string-name></person-group>, <article-title>Complexity of mixed states in qft and holography</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>012</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2020)012</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Bernamonti</string-name>, <string-name>F. Galli</string-name>, <string-name>J. Hernandez</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, <string-name>S.-M. Ruan</string-name>, and <string-name>J. Simón</string-name></person-group>, <article-title>First Law of Holographic Complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>123</volume>, <page-range>081601</page-range> (<year>2019</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.123.081601</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Goto</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, <string-name>L. Queimada</string-name>, and <string-name>B. Yoshida</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity equals which action?</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>160</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2019)160</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>13</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Guo</string-name>, <string-name>J. Hernandez</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, and <string-name>S.-M. Ruan</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity for coherent states</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>011</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2018)011</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>14</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Bhattacharyya</string-name>, <string-name>A. Shekar</string-name>, and <string-name>A. Sinha</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity in interacting QFTs and RG flows</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>140</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2018)140</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Khan</string-name>, <string-name>C. Krishnan</string-name>, and <string-name>S. Sharma</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity in fermionic field theory</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>98</volume>, <page-range>126001</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.98.126001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>16</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Hackl</string-name> and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity for free fermions</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>07</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>139</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP07(2018)139</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>17</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. W. Alves</string-name> and <string-name>G. Camilo</string-name></person-group>, <article-title>Evolution of complexity following a quantum quench in free field theory</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>029</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP06(2018)029</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>18</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. A. Camargo</string-name>, <string-name>P. Caputa</string-name>, <string-name>D. Das</string-name>, <string-name>M. P. Heller</string-name>, and <string-name>R. Jefferson</string-name></person-group>, <article-title>Complexity as a Novel Probe of Quantum Quenches: Universal Scalings and Purifications</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>122</volume>, <page-range>081601</page-range> (<year>2019</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.122.081601</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>19</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. A. Camargo</string-name>, <string-name>M. P. Heller</string-name>, <string-name>R. Jefferson</string-name>, and <string-name>J. Knaute</string-name></person-group>, <article-title>Path Integral Optimization as Circuit Complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>123</volume>, <page-range>011601</page-range> (<year>2019</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.123.011601</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>20</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>J. Eisert</string-name>, <string-name>L. Hackl</string-name>, <string-name>M. P. Heller</string-name>, <string-name>R. Jefferson</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Complexity and entanglement for thermofield double states</article-title>, <source>SciPost Phys.</source> <volume>6</volume>, <page-range>034</page-range> (<year>2019</year>).<issn>2542-4653</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.21468/SciPostPhys.6.3.034</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>21</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>M. P. Heller</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, and <string-name>F. Pastawski</string-name></person-group>, <article-title>Toward a Definition of Complexity for Quantum Field Theory States</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>120</volume>, <page-range>121602</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.120.121602</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>22</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Doroudiani</string-name>, <string-name>A. Naseh</string-name>, and <string-name>R. Pirmoradian</string-name></person-group>, <article-title>Complexity for charged thermofield double states</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>120</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP01(2020)120</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>23</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. S. Hashemi</string-name>, <string-name>G. Jafari</string-name>, and <string-name>A. Naseh</string-name></person-group>, <article-title>First law of holographic complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>102</volume>, <page-range>106008</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.102.106008</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>24</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Choudhury</string-name>, <string-name>A. Dutta</string-name>, and <string-name>D. Ray</string-name></person-group>, <article-title>Chaos and complexity from quantum neural network: A study with diffusion metric in machine learning</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>04</issue> (<volume>2021</volume>) <page-range>138</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP04(2021)138</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>25</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>Three lectures on complexity and black holes</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1810.11563</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>26</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Stanford</string-name> and <string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>Complexity and shock wave geometries</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>90</volume>, <page-range>126007</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.90.126007</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c27"><label>[27]</label><mixed-citation id="c27a" publication-type="journal"><object-id>27a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>Computational complexity and black hole horizons</article-title>, <source>Fortschr. Phys.</source> <volume>64</volume>, <page-range>24</page-range> (<year>2016</year>); <pub-id pub-id-type="coden">FPYKA6</pub-id><issn>0015-8208</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1002/prop.201500092</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c27b" publication-type="journal" specific-use="author"><object-id>27b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Susskind</string-name></person-group><source>Fortschr. Phys.</source> <volume>64</volume>, <page-range>A44</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">FPYKA6</pub-id><issn>0015-8208</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1002/prop.201500093</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>28</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. A. Roberts</string-name>, <string-name>D. Stanford</string-name>, and <string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>Localized shocks</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2015</volume>) <page-range>051</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2015)051</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>29</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Susskind</string-name> and <string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <article-title>Switchbacks and the bridge to nowhere</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1408.2823</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>30</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Jefferson</string-name> and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity in quantum field theory</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>107</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2017)107</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>31</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Choudhury</string-name></person-group>, <article-title>The Cosmological OTOC: Formulating new cosmological micro-canonical correlation functions for random chaotic fluctuations in out-of-equilibrium quantum statistical field theory</article-title>, <source>Symmetry</source> <volume>12</volume>, <page-range>1527</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SYMMAM</pub-id><issn>2073-8994</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.3390/sym12091527</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>32</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Y. Bhagat</string-name>, <string-name>B. Bose</string-name>, <string-name>S. Choudhury</string-name>, <string-name>S. Chowdhury</string-name>, <string-name>R. N. Das</string-name>, <string-name>S. G. Dastider</string-name>, <string-name>N. Gupta</string-name>, <string-name>A. Maji</string-name>, <string-name>G. D. Pasquino</string-name>, and <string-name>S. Paul</string-name></person-group>, <article-title>The generalized OTOC from supersymmetric quantum mechanics—study of random fluctuations from eigenstate representation of correlation functions</article-title>, <source>Symmetry</source> <volume>13</volume>, <page-range>44</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SYMMAM</pub-id><issn>2073-8994</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.3390/sym13010044</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>33</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Choudhury</string-name></person-group>, <article-title>The cosmological OTOC: A new proposal for quantifying auto-correlated random non-chaotic primordial fluctuations</article-title>, <source>Symmetry</source> <volume>13</volume>, <page-range>599</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SYMMAM</pub-id><issn>2073-8994</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.3390/sym13040599</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>34</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Hashimoto</string-name>, <string-name>K. Murata</string-name>, and <string-name>R. Yoshii</string-name></person-group>, <article-title>Out-of-time-order correlators in quantum mechanics</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>138</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2017)138</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>35</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Hashimoto</string-name>, <string-name>K.-B. Huh</string-name>, <string-name>K.-Y. Kim</string-name>, and <string-name>R. Watanabe</string-name></person-group>, <article-title>Exponential growth of out-of-time-order correlator without chaos: Inverted harmonic oscillator</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>068</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP11(2020)068</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>36</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Choudhury</string-name>, <string-name>S. Chowdhury</string-name>, <string-name>N. Gupta</string-name>, <string-name>A. Mishara</string-name>, <string-name>S. P. Selvam</string-name>, <string-name>S. Panda</string-name>, <string-name>G. D. Pasquino</string-name>, <string-name>C. Singha</string-name>, and <string-name>A. Swain</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity from cosmological islands</article-title>, <source>Symmetry</source> <volume>13</volume>, <page-range>1301</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SYMMAM</pub-id><issn>2073-8994</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.3390/sym13071301</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>37</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Bhargava</string-name>, <string-name>S. Choudhury</string-name>, <string-name>S. Chowdhury</string-name>, <string-name>A. Mishara</string-name>, <string-name>S. P. Selvam</string-name>, <string-name>S. Panda</string-name>, and <string-name>G. D. Pasquino</string-name></person-group>, <article-title>Quantum aspects of chaos and complexity from bouncing cosmology: A study with two-mode single field squeezed state formalism</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2009.03893</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>38</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Choudhury</string-name>, <string-name>S. P. Selvam</string-name>, and <string-name>K. Shirish</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity from supersymmetric quantum field theory with Morse function</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2101.12582</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>39</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Eisert</string-name></person-group>, <article-title>Entangling Power and Quantum Circuit Complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>127</volume>, <page-range>020501</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.127.020501</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>40</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. D. Mathur</string-name></person-group>, <article-title>Three puzzles in cosmology</article-title>, <source>Int. J. Mod. Phys. D</source> <volume>29</volume>, <page-range>2030013</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">IMPDEO</pub-id><issn>0218-2718</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1142/S021827182030013X</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="proc"><object-id>41</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. W. Shor</string-name></person-group>, <article-title>Algorithms for quantum computation: Discrete logarithms and factoring</article-title>, in <source>Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science</source> (<year>1994</year>), pp. <page-range>124–134</page-range>.</mixed-citation></ref><ref id="c42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>42</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. W. Shor</string-name></person-group>, <article-title>Polynomial time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer</article-title>, <source>SIAM J. Sci. Stat. Comput.</source> <volume>26</volume>, <page-range>1484</page-range> (<year>1997</year>).<pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1137/S0097539795293172</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>43</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name> and <string-name>I. L. Chuang</string-name></person-group>, <source>Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition</source> (<publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, Cambridge, England, <year>2010</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>44</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Arora</string-name> and <string-name>B. Barak</string-name></person-group>, <source>Computational Complexity: A Modern Approach</source> (<publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, Cambridge, England, <year>2007</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>45</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Moore</string-name> and <string-name>S. Mertens</string-name></person-group>, <source>The Nature of Computation</source> (<publisher-name>Oxford University Press</publisher-name>, New York, <year>2011</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>46</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Barenco</string-name>, <string-name>C. H. Bennett</string-name>, <string-name>R. Cleve</string-name>, <string-name>D. P. DiVincenzo</string-name>, <string-name>N. Margolus</string-name>, <string-name>P. Shor</string-name>, <string-name>T. Sleator</string-name>, <string-name>J. Smolin</string-name>, and <string-name>H. Weinfurter</string-name></person-group>, <article-title>Elementary gates for quantum computation</article-title>, <source>Phys. Rev. A</source> <volume>52</volume>, <page-range>3457</page-range> (<year>1995</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PLRAAN</pub-id><issn>1050-2947</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevA.52.3457</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>47</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Aaronson</string-name></person-group>, <article-title>The complexity of quantum states and transformations: From Quantum money to black holes</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1607.05256</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>48</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. P. DiVincenzo</string-name></person-group>, <article-title>The physical implementation of quantum computation</article-title>, <source>Fortschr. Phys.</source> <volume>48</volume>, <page-range>771</page-range> (<year>2000</year>).<pub-id pub-id-type="coden">FPYKA6</pub-id><issn>0015-8208</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1002/1521-3978(200009)48:9/11&lt;771::AID-PROP771&gt;3.0.CO;2-E</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c49"><label>[49]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>49</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name></person-group>, <article-title>A geometric approach to quantum circuit lower bounds</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:quant-ph/0502070</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c50"><label>[50]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>50</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name></person-group>, <article-title>Quantum computation as geometry</article-title>, <source>Science</source> <volume>311</volume>, <page-range>1133</page-range> (<year>2006</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SCIEAS</pub-id><issn>0036-8075</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1126/science.1121541</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c51"><label>[51]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>51</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. N. Mark</string-name> and <string-name>R. Dowling</string-name></person-group>, <article-title>The geometry of quantum computation</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:quant-ph/0701004</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c52"><label>[52]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>52</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Khaneja</string-name>, <string-name>S. J. Glaser</string-name>, and <string-name>R. Brockett</string-name></person-group>, <article-title>Sub-riemannian geometry and time optimal control of three spin systems: Quantum gates and coherence transfer</article-title>, <source>Phys. Rev. A</source> <volume>65</volume>, <page-range>032301</page-range> (<year>2002</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PLRAAN</pub-id><issn>1050-2947</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevA.65.032301</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c53"><label>[53]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>53</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Gerry</string-name> and <string-name>P. Knight</string-name></person-group>, <source>Introductory Quantum Optics</source> (<publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, Cambridge, England, <year>2004</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c54"><label>[54]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>54</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Ali</string-name>, <string-name>A. Bhattacharyya</string-name>, <string-name>S. Shajidul Haque</string-name>, <string-name>E. H. Kim</string-name>, and <string-name>N. Moynihan</string-name></person-group>, <article-title>Time evolution of complexity: A critique of three methods</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>04</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>087</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP04(2019)087</pub-id></mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
