論文の概要: Optically heralded microwave photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10739v1
• Date: Wed, 19 Oct 2022 17:27:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 01:35:37.604911
• Title: Optically heralded microwave photons
• Title（参考訳）: 光遮蔽マイクロ波光子
• Authors: Wentao Jiang, Felix M. Mayor, Sultan Malik, Rapha\"el Van Laer, Timothy P. McKenna, Rishi N. Patel, Jeremy D. Witmer, and Amir H. Safavi-Naeini
• Abstract要約: 絡み合いを分散して処理する量子ネットワークは、強力な新しいコンピュータやセンサーを可能にする。 超伝導量子ビットは、約4万ドルのエネルギーの少ないマイクロ波光子に自然に作用する。 我々は光子とマイクロ波光子の絡み合いを発生させるトランスデューサ装置の実装と実演を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.606071974243323
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A quantum network that distributes and processes entanglement would enable powerful new computers and sensors. Optical photons with a frequency of a few hundred terahertz are perhaps the only way to distribute quantum information over long distances. Superconducting qubits on the other hand, which are one of the most promising approaches for realizing large-scale quantum machines, operate naturally on microwave photons that have roughly $40,000$ times less energy. To network these quantum machines across appreciable distances, we must bridge this frequency gap and learn how to generate entanglement across widely disparate parts of the electromagnetic spectrum. Here we implement and demonstrate a transducer device that can generate entanglement between optical and microwave photons, and use it to show that by detecting an optical photon we add a single photon to the microwave field. We achieve this by using a gigahertz nanomechanical resonance as an intermediary, and efficiently coupling it to optical and microwave channels through strong optomechanical and piezoelectric interactions. We show continuous operation of the transducer with $5\%$ frequency conversion efficiency, and pulsed microwave photon generation at a heralding rate of $15$ hertz. Optical absorption in the device generates thermal noise of less than two microwave photons. Joint measurements on optical photons from a pair of transducers would realize entanglement generation between distant microwave-frequency quantum nodes. Improvements of the system efficiency and device performance, necessary to realize a high rate of entanglement generation in such networks are within reach.
• Abstract（参考訳）: 絡み合いを分散処理する量子ネットワークは、強力な新しいコンピュータとセンサーを可能にする。 数百テラヘルツの周波数を持つ光光子は、おそらく長距離に量子情報を分配する唯一の方法である。 一方、超伝導量子ビットは、大規模な量子マシンを実現する最も有望なアプローチの1つであり、約40000ドル以下のエネルギーを持つマイクロ波光子上で自然に動作します。 これらの量子マシンを認識可能な距離でネットワーク化するには、この周波数ギャップを橋渡しし、電磁スペクトルの広く異なる部分の絡み合いを生成する方法を学ぶ必要がある。 ここでは、光子とマイクロ波光子の絡み合いを発生させるトランスデューサ装置を実装し、その実装と実演を行い、光子を検出することでマイクロ波場に単一光子を加えることを示す。 我々は、ギガヘルツナノメカニカル共鳴を中間体として使用し、強い光学的および圧電的相互作用により、光およびマイクロ波チャネルに効率よく結合することで実現した。 本稿では, 周波数変換効率5\%のトランスデューサの連続動作と, パルスマイクロ波光子発生率15$ヘルツを示す。 デバイス内の光吸収は、マイクロ波光子の2つ未満の熱ノイズを生成する。 一対のトランスデューサからの光子の合同測定は、遠方のマイクロ波周波数量子ノード間の絡み合いの発生を実現する。 このようなネットワークにおいて高いエンタングルメント発生率を実現するために必要なシステム効率とデバイス性能の向上が期待できる。

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