論文の概要: Temporal trapping: a route to strong coupling and deterministic optical quantum computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.11909v2
• Date: Thu, 1 Dec 2022 05:09:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-21 02:50:04.715356
• Title: Temporal trapping: a route to strong coupling and deterministic optical quantum computation
• Title（参考訳）: 時間トラップ:強い結合と決定論的光量子計算への道
• Authors: Ryotatsu Yanagimoto, Edwin Ng, Marc Jankowski, Hideo Mabuchi, Ryan Hamerly
• Abstract要約: 時間的に閉じ込められた超短パルスは、短期非線形ナノフォトニックプラットフォーム上で強い結合を達成できることを示す。 以上の結果から,超高速非線形光学が,強結合性を実現する最初のスケーラブルで高帯域幅で室温のプラットフォームとなる可能性を強調した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The realization of deterministic photon-photon gates is a central goal in optical quantum computation and engineering. A longstanding challenge is that optical nonlinearities in scalable, room-temperature material platforms are too weak to achieve the required strong coupling, due to the critical loss-confinement tradeoff in existing photonic structures. In this work, we introduce a novel confinement method, dispersion-engineered temporal trapping, to circumvent the tradeoff, paving a route to all-optical strong coupling. Temporal confinement is imposed by an auxiliary trap pulse via cross-phase modulation, which, combined with the spatial confinement of a waveguide, creates a "flying cavity" that enhances the nonlinear interaction strength by at least an order of magnitude. Numerical simulations confirm that temporal trapping confines the multimode nonlinear dynamics to a single-mode subspace, enabling high-fidelity deterministic quantum gate operations. With realistic dispersion engineering and loss figures, we show that temporally trapped ultrashort pulses could achieve strong coupling on near-term nonlinear nanophotonic platforms. Our results highlight the potential of ultrafast nonlinear optics to become the first scalable, high-bandwidth, and room-temperature platform that achieves a strong coupling, opening a new path to quantum computing, simulation, and light sources.
• Abstract（参考訳）: 決定論的光子-光子ゲートの実現は、光学量子計算と工学の中心的な目標である。 長年にわたる課題は、拡張性のある室温材料プラットフォームにおける光学非線形性は、既存のフォトニック構造における致命的な損失集中トレードオフのため、要求される強い結合を達成するには弱すぎることである。 本研究では,このトレードオフを回避するために,分散工学的時間トラップ法である新しい閉じ込め法を導入し,全光学的強結合への経路を創出する。 位相変調により補助トラップパルスによって時間的閉じ込めが課され、導波路の空間的閉じ込めと組み合わせることで、非線形相互作用強度を少なくとも1桁高める「フライングキャビティ」が形成される。 数値シミュレーションにより、時間的トラップはマルチモード非線形ダイナミクスを単一モード部分空間に定義し、高忠実性決定論的量子ゲート演算を可能にする。 現実的な分散工学と損失図を用いて、時間的に閉じ込められた超短パルスは、短期非線形ナノフォトニックプラットフォーム上で強い結合を達成できることを示した。 我々は,超高速非線形光学が,量子コンピューティング,シミュレーション,光源への新たな道を開くことで,強力な結合を実現する最初のスケーラブルで高帯域,室温のプラットフォームとなる可能性を強調した。

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