論文の概要: Multiqubit entanglement and quantum phase gates with epsilon-near-zero
plasmonic waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.05245v1
- Date: Tue, 9 Nov 2021 16:33:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-08 18:08:12.663713
- Title: Multiqubit entanglement and quantum phase gates with epsilon-near-zero
plasmonic waveguides
- Title（参考訳）: Epsilon-Near-zeroプラズモニック導波路を用いた多ビット絡み合いと量子位相ゲート
- Authors: Ying Li and Christos Argyropoulos
- Abstract要約: 量子光学通信と演算をセキュアに行うためには、マルチキュービットの絡み合いが非常に重要である。
室温での光-光相互作用のコヒーレンスを最大化できるEpsilon-Near-zero(ENZ)ナノ構造を設計した。
本稿では、ENZを介する3ビットと4ビットの光量子ビット間の効率的な過渡的絡み合いを、任意の数のエミッタに容易に一般化できる結果として提示する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.625946422295428
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Multiqubit entanglement is extremely important to perform truly secure
quantum optical communication and computing operations. However, the efficient
generation of long-range entanglement over extended time periods between
multiple qubits randomly distributed in a photonic system remains an
outstanding challenge. This constraint is mainly due to the detrimental effects
of decoherence and dephasing. To alleviate this issue, we present engineered
epsilon-near-zero (ENZ) nanostructures that can maximize the coherence of
light-matter interactions at room temperature. We investigate a practical ENZ
plasmonic waveguide system which simultaneously achieves multiqubit
entanglement in elongated distances, extended time periods, and, even more
importantly, independent of the emitters positions. More specifically, we
present efficient transient entanglement between three and four optical qubits
mediated by ENZ with results that can be easily generalized to an arbitrary
number of emitters. The entanglement between multiple qubits is characterized
by computing the negativity metric applied for the first time to the proposed
nanophotonic ENZ configuration. The ENZ response is found to be substantially
advantageous to boost the coherence between multiple emitters compared to
alternative plasmonic waveguide schemes. Finally, the superradiance collective
emission response at the ENZ resonance is utilized to design a new high
fidelity two-qubit quantum phase gate that can be used in various emerging
quantum computing applications.
- Abstract（参考訳）: マルチキュービットの絡み合いは、真に安全な量子光学通信と演算を行う上で非常に重要である。
しかし、フォトニックシステムでランダムに分散された複数のキュービット間の長い時間的エンタングルメントの効率的な生成は、依然として顕著な課題である。
この制約は、主にデコヒーレンスとデプレッションの有害な影響によるものである。
この問題を軽減するため,epsilon-near-zero (enz) ナノ構造を開発し,室温での光間相互作用のコヒーレンスを最大化する。
遠距離, 長周期, さらにさらに重要なことにエミッタ位置に依存しない複数ビットの絡み合いを同時に達成する実用的なENZプラズモニック導波管システムについて検討する。
具体的には、ENZを介する3ビットと4ビットの光量子ビット間の効率的な過渡的絡み合いを、任意の数のエミッタに容易に一般化できる結果として提示する。
複数の量子ビット間の絡み合いは、提案したナノフォトニックENZ構成に初めて適用された負性度を計算することによって特徴づけられる。
ENZ応答は、代替プラズモン導波路方式と比較して、複数のエミッタ間のコヒーレンスを高めるためにかなり有利である。
最後に、エンツ共鳴における超放射集団放出応答を利用して、様々な量子コンピューティングアプリケーションで使用できる新しい高忠実性2量子ビット量子位相ゲートを設計する。
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