論文の概要: Multimode photon blockade
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.15292v1
- Date: Thu, 29 Oct 2020 00:42:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-27 01:05:37.442242
- Title: Multimode photon blockade
- Title（参考訳）: マルチモード光子遮断
- Authors: Srivatsan Chakram, Kevin He, Akash V. Dixit, Andrew E. Oriani, Ravi K.
Naik, Nelson Leung, Hyeokshin Kwon, Wen-Long Ma, Liang Jiang and David I.
Schuster
- Abstract要約: 任意の数の電磁モードに蓄積されたマイクロ波光子間の純粋なN体相互作用を示す。
我々は、トランスモン回路上のキャビティ光子数解決ドライブを用いて多重モード相互作用を生成し、任意の多重光子状態を遮断する。
我々は、量子最適制御パルスを用いて、状態準備、フォック状態の光子数増加のための相互作用を利用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7257871159660363
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Interactions are essential for the creation of correlated quantum many-body
states. While two-body interactions underlie most natural phenomena, three- and
four-body interactions are important for the physics of nuclei [1], exotic
few-body states in ultracold quantum gases [2], the fractional quantum Hall
effect [3], quantum error correction [4], and holography [5, 6]. Recently, a
number of artificial quantum systems have emerged as simulators for many-body
physics, featuring the ability to engineer strong interactions. However, the
interactions in these systems have largely been limited to the two-body
paradigm, and require building up multi-body interactions by combining two-body
forces. Here, we demonstrate a pure N-body interaction between microwave
photons stored in an arbitrary number of electromagnetic modes of a multimode
cavity. The system is dressed such that there is collectively no interaction
until a target total photon number is reached across multiple distinct modes,
at which point they interact strongly. The microwave cavity features 9 modes
with photon lifetimes of $\sim 2$ ms coupled to a superconducting transmon
circuit, forming a multimode circuit QED system with single photon
cooperativities of $\sim10^9$. We generate multimode interactions by using
cavity photon number resolved drives on the transmon circuit to blockade any
multiphoton state with a chosen total photon number distributed across the
target modes. We harness the interaction for state preparation, preparing Fock
states of increasing photon number via quantum optimal control pulses acting
only on the cavity modes. We demonstrate multimode interactions by generating
entanglement purely with uniform cavity drives and multimode photon blockade,
and characterize the resulting two- and three-mode W states using a new
protocol for multimode Wigner tomography.
- Abstract（参考訳）: 相互作用は相関量子多体状態の生成に必須である。
2体相互作用は最も自然現象の少ない現象であるが、3体と4体の相互作用は核の物理において重要なものであり、超低温量子気体中のエキゾチックな小天体状態 [2]、分数量子ホール効果 [3]、量子誤差補正 [4]、ホログラフィー [5, 6] である。
近年、多体物理学のシミュレータとして多くの人工量子システムが登場し、強力な相互作用を設計できるようになった。
しかしながら、これらのシステムの相互作用は、主に2体パラダイムに限られており、2体力を組み合わせることで多体相互作用を構築する必要がある。
本稿では、多モードキャビティの任意の数の電磁モードに格納されたマイクロ波光子間の純粋なn体相互作用を示す。
この系は、ターゲットとなる全光子数が複数の異なるモードに到達し、その時点で強く相互作用するまで、一緒に相互作用しないような服装である。
マイクロ波キャビティは、超伝導トランスモン回路に結合された光子寿命$\sim 2$ msの9つのモードを特徴とし、単一の光子協調性$\sim10^9$のマルチモード回路QEDシステムを形成する。
我々は、トランスモン回路上のキャビティ光子数解決ドライブを用いてマルチモード相互作用を生成し、ターゲットモード間で選択された全光子数で任意のマルチ光子状態を遮断する。
この相互作用を利用して、キャビティモードのみに作用する量子最適制御パルスを介して光子数増加のフォック状態を作成する。
同一キャビティ駆動とマルチモード光子遮断を純粋に生成することにより,マルチモード相互作用を実証し,マルチモードウィグナートモグラフィの新しいプロトコルを用いて2モードと3モードのw状態を特徴付ける。
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