論文の概要: Steering of Quantum Walks through Coherent Control of High-dimensional
Bi-photon Quantum Frequency Combs with Tunable State Entropies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.06305v1
- Date: Wed, 12 Oct 2022 15:14:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-22 19:34:08.305536
- Title: Steering of Quantum Walks through Coherent Control of High-dimensional
Bi-photon Quantum Frequency Combs with Tunable State Entropies
- Title（参考訳）: 可変状態エントロピーを持つ高次元2光子量子周波数コムのコヒーレント制御による量子ウォークのステアリング
- Authors: Raktim Haldar, Robert Johanning, Philip R\"ubeling, Anahita Khodadad
Kashi, Thomas B{\ae}kkegaard, Surajit Bose, Nikolaj Thomas Zinner, and
Michael Kues
- Abstract要約: 我々は、周期的に偏極したニオブ酸リチウム導波路から可変エントロピーを持つ高次元量子フォトニック状態を生成する。
これらの状態は、非理想的なシナリオにおけるいくつかの量子計算および通信プロトコルのための優れたテストベッドとなり得る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum walks are central to a wide range of applications such as quantum
search, quantum information processing, and entanglement transport. Gaining
control over the duration and the direction of quantum walks (QWs) is crucial
to implementing dedicated processing. However, in current systems, it is
cumbersome to achieve in a scalable format. High-dimensional quantum states,
encoded in the photons' frequency degree of freedom in on-chip devices are
great assets for the scalable generation and reliable manipulation of
large-scale complex quantum systems. These states, viz. quantum frequency combs
(QFCs) accommodating huge information in a single spatial mode, are
intrinsically noise tolerant, and suitable for transmission through optical
fibers, thereby promising to revolutionize quantum technologies. Existing
literature aimed to generate maximally entangled QFCs excited from
continuous-wave lasers either from nonlinear microcavities or from waveguides
with the help of filter arrays. QWs with flexible depth/duration have been
lately demonstrated from such QFCs. Here, instead of maximally-entangled QFCs,
we generate high-dimensional quantum photonic states with tunable entropies
from periodically poled lithium niobate waveguides by exploiting a novel pulsed
excitation and filtering scheme. We confirm the generation of QFCs with
normalized entropies from $\sim 0.35$ to $1$ by performing quantum tomography
with high fidelities. These states can be an excellent testbed for several
quantum computation and communication protocols in nonideal scenarios and
enable artificial neural networks to classify unknown quantum states. Further,
we experimentally demonstrate the steering and coherent control of the
directionality of QWs initiated from such QFCs with tunable entropies. Our
findings offer a new control mechanism for QWs as well as novel modification
means for joint probability distributions.
- Abstract（参考訳）: 量子ウォークは、量子探索、量子情報処理、絡み合い輸送などの幅広い応用の中心である。
量子ウォーク(QW)の時間と方向の制御は、専用処理を実装する上で重要である。
しかし、現在のシステムでは、スケーラブルなフォーマットで達成するのは面倒です。
オンチップデバイスにおける光子の周波数自由度を符号化した高次元量子状態は、大規模複雑な量子システムのスケーラブルな生成と信頼性の高い操作のための重要な資産である。
これらの状態、すなわち量子周波数コム(QFC)は、単一の空間モードで膨大な情報を収容し、本質的にノイズ耐性を持ち、光ファイバによる伝送に適しているため、量子技術に革命をもたらす。
既存の文献では、非線形マイクロキャビティまたは導波管から連続波レーザーによって励起される最大絡み合ったQFCをフィルタアレイで生成することを目的としている。
フレキシブルディープ/デューレーションを持つQWは近年,このようなQFCから実証されている。
ここでは,最大絡み合うqfcの代わりに,新しいパルス励起・フィルタリング方式を用いて周期的に分極したニオブ酸リチウム導波路から波長可変エントロピーを持つ高次元量子フォトニック状態を生成する。
量子トモグラフィーを高忠実度で行うことにより、正規化エントロピーを持つQFCの生成を$\sim 0.35$から$ $1$に確認する。
これらの状態は、非理想的シナリオにおけるいくつかの量子計算および通信プロトコルのための優れたテストベッドとなり、ニューラルネットワークが未知の量子状態の分類を可能にする。
さらに, 可変エントロピーを有するqfcから開始されるqwsの方向制御のステアリングとコヒーレント制御を実験的に実証した。
本研究は,QWに対する新しい制御機構と,共同確率分布の新たな修正手段を提供する。
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