論文の概要: Bound states in microwave QED: Crossover from waveguide to cavity regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.00558v1
- Date: Mon, 1 Aug 2022 01:19:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-02 19:15:25.451465
- Title: Bound states in microwave QED: Crossover from waveguide to cavity regime
- Title（参考訳）: マイクロ波QEDにおける境界状態:導波路から空洞状態への交差
- Authors: N. Pradeep Kumar, Andr\`es Rosario Hamann, Rohit Navarathna,
Maximilian Zanner, Mikhail Pletyukhov and Arkady Fedorov
- Abstract要約: 単一量子レベルでの光物質相互作用は、現代の量子技術にとって重要な多くのレジームの中心である。
統一理論を定式化し、最小限の標準近似の下ではシステムの物理的境界について記述する。
我々の理論はフォトニック結晶や共役キャビティアレイのような他の導波路に容易に拡張できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Light-matter interaction at the single-quantum level is the heart of many
regimes of high fundamental importance to modern quantum technologies. Strong
interaction of a qubit with a single photon of an electromagnetic field mode is
described by the cavity/circuit electrodynamics (QED) regime which is one of
the most advanced platforms for quantum computing. The opposite regime of the
waveguide QED, where qubits interact with a continuum of modes in an infinite
one-dimensional space, is also at the focus of recent research revealing novel
quantum phenomena. Despite the demonstration of several key features of
waveguide QED, the transition from an experimentally realizable finite-size
system to the theoretically assumed infinite device size is neither rigorously
justified nor fully understood. In this paper, we formulate a unifying theory
which under a minimal set of standard approximations accounts for physical
boundaries of a system in all parameter domains. Considering two qubits in a
rectangular waveguide which naturally exhibits a low frequency cutoff we are
able to account for infinite number of modes and obtain an accurate description
of the waveguide transmission, a life-time of a qubit-photon bound state and
the exchange interaction between two qubit-photon bounds states. For
verification, we compare our theory to experimental data obtained for two
superconducting qubits in a rectangular waveguide demonstrating how the
infinite size limit of waveguide QED emerges in a finite-size system. Our
theory can be straightforwardly extended to other waveguides such as the
photonic crystal and coupled cavity arrays.
- Abstract（参考訳）: 単一量子レベルでの光物質相互作用は、現代の量子技術にとって重要な多くのレジームの中心である。
電磁場モードの単一光子と量子ビットの強い相互作用は、量子コンピューティングの最も先進的なプラットフォームの一つであるキャビティ/回路電磁力学(英語版)(QED)レギュレーションによって説明される。
量子ビットが無限の一次元空間におけるモードの連続体と相互作用する導波路qedの逆のレジームは、新しい量子現象を明らかにする最近の研究の焦点でもある。
導波路qedのいくつかの重要な特徴の実証にもかかわらず、実験的に実現可能な有限サイズのシステムから理論上想定される無限のデバイスサイズへの遷移は厳密に正当化されておらず、完全には理解されていない。
本稿では,全てのパラメータ領域における系の物理的境界について,最小限の標準近似のセットで記述する統一理論を定式化する。
自然に低周波遮断を示す矩形導波路の2つの量子ビットを考えると、無限のモードを説明でき、導波路伝達の正確な記述、量子光子境界状態の寿命、および2つの量子光子境界状態間の交換相互作用を得ることができる。
検証のために, 導波管QEDの無限サイズ限界が有限サイズ系でどのように現れるかを示す長方形導波管における2つの超伝導量子ビットの実験データと比較した。
我々の理論はフォトニック結晶や共役キャビティアレイのような他の導波路に容易に拡張できる。
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