論文の概要: Waveguide Quantum Electrodynamics with Giant Superconducting Artificial Atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/1912.12233v3
• Date: Fri, 3 Jul 2020 13:55:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-09 23:27:31.231596
• Title: Waveguide Quantum Electrodynamics with Giant Superconducting Artificial Atoms
• Title（参考訳）: 巨大超伝導人工原子を用いた導波管量子力学
• Authors: Bharath Kannan, Max Ruckriegel, Daniel Campbell, Anton Frisk Kockum, Jochen Braum\"uller, David Kim, Morten Kjaergaard, Philip Krantz, Alexander Melville, Bethany M. Niedzielski, Antti Veps\"al\"ainen, Roni Winik, Jonilyn Yoder, Franco Nori, Terry P. Orlando, Simon Gustavsson, William D. Oliver
• Abstract要約: 我々は、小さな原子を導波路に複数の、しかしよく分離された離散的な位置で結合することで、巨大原子を実現する代替アーキテクチャを採用する。 我々の巨大原子の実現は、デバイス設計によって設計できる大きなオンオフ比と結合スペクトルを持つ可変原子-導波路結合を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.456646238780195
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Models of light-matter interactions typically invoke the dipole approximation, within which atoms are treated as point-like objects when compared to the wavelength of the electromagnetic modes that they interact with. However, when the ratio between the size of the atom and the mode wavelength is increased, the dipole approximation no longer holds and the atom is referred to as a "giant atom". Thus far, experimental studies with solid-state devices in the giant-atom regime have been limited to superconducting qubits that couple to short-wavelength surface acoustic waves, only probing the properties of the atom at a single frequency. Here we employ an alternative architecture that realizes a giant atom by coupling small atoms to a waveguide at multiple, but well separated, discrete locations. Our realization of giant atoms enables tunable atom-waveguide couplings with large on-off ratios and a coupling spectrum that can be engineered by device design. We also demonstrate decoherence-free interactions between multiple giant atoms that are mediated by the quasi-continuous spectrum of modes in the waveguide-- an effect that is not possible to achieve with small atoms. These features allow qubits in this architecture to switch between protected and emissive configurations in situ while retaining qubit-qubit interactions, opening new possibilities for high-fidelity quantum simulations and non-classical itinerant photon generation.
• Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用のモデルは通常双極子近似を呼び起こし、そこでは原子は相互作用する電磁モードの波長と比較して点のような対象として扱われる。 しかし、原子の大きさとモード波長の比が大きくなると、双極子近似はもはや存在せず、原子は「ジャイアント原子」と呼ばれる。 これまで、巨大原子系の固体デバイスを用いた実験は、短波長表面の音波に干渉する超伝導量子ビットに限られており、原子の性質を単一の周波数で探すだけであった。 ここでは、小さな原子と導波路とを複数の、しかしよく分離された離散的な位置で結合することで、巨大原子を実現する代替アーキテクチャを用いる。 巨大原子の実現により、デバイス設計によって設計できる大きなオンオフ比と結合スペクトルを持つ波長可変原子導波路カップリングが可能となる。 また、小型原子では達成できない導波路効果におけるモードの準連続スペクトルによって媒介される複数の巨大原子間のデコヒーレンスフリー相互作用を示す。 これらの特徴により、このアーキテクチャの量子ビットは、量子ビットと量子ビットの相互作用を維持しながら、保護された構成と放射的な構成を切り替えることができる。

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