論文の概要: Biasing the quantum vacuum to control macroscopic probability distributions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.03455v2
• Date: Mon, 24 Apr 2023 16:46:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-25 20:50:18.407022
• Title: Biasing the quantum vacuum to control macroscopic probability distributions
• Title（参考訳）: 量子真空の偏りによるマクロ確率分布の制御
• Authors: Charles Roques-Carmes, Yannick Salamin, Jamison Sloan, Seou Choi, Gustavo Velez, Ethan Koskas, Nicholas Rivera, Steven E. Kooi, John D. Joannopoulos, Marin Soljacic
• Abstract要約: 真空レベルの「バイアス」場を多安定光学系に注入することで、「バイアス」量子ランダム性の制御可能な源が得られることを示す。 私たちはこのプロセスの背後にある物理学に光を当て、理論と実験の間の定量的な一致を示しました。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8970998489527955
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: One of the most important insights of quantum field theory is that electromagnetic fields must fluctuate. Even in the vacuum state, the electric and magnetic fields have a nonzero variance, leading to ubiquitous effects such as spontaneous emission, the Lamb shift, the Casimir effect, and more. These "vacuum fluctuations" have also been harnessed as a source of perfect randomness, for example to generate perfectly random photonic bits. Despite these achievements, many potential applications of quantum randomness in fields such as probabilistic computing rely on controllable probability distributions, which have not yet been realized on photonic platforms. In this work, we show that the injection of vacuum-level "bias" fields into a multi-stable optical system enables a controllable source of "biased" quantum randomness. We demonstrate this concept in an optical parametric oscillator (OPO). Ordinarily, an OPO initiated from the ground state develops a signal field in one of two degenerate phase states (0 and $\pi$) with equal probability. By injecting bias pulses which contain less than one photon on average, we control the probabilities associated with the two output states, leading to the first controllable photonic probabilistic bit (p-bit). We shed light on the physics behind this process, showing quantitative agreement between theory and experiment. Finally, we demonstrate the potential of our approach for sensing sub-photon level fields by showing that our system is sensitive to the temporal shape of bias field pulses far below the single photon level. Our results suggest a new platform for the study of stochastic quantum dynamics in nonlinear driven-dissipative systems, and point toward possible applications in ultrafast photonic probabilistic computing, as well as the sensing of extremely weak fields.
• Abstract（参考訳）: 量子場理論の最も重要な洞察の1つは、電磁場は変動しなければならないということである。 真空状態においても、電場と磁場は非零分散を持ち、自発的放出、ラムシフト、カシミール効果などのユビキタスな効果をもたらす。 これらの「真空ゆらぎ」は完全なランダムネスの源としても利用され、例えば完全なランダムなフォトニックビットを生成する。 これらの成果にもかかわらず、確率計算のような分野における量子ランダム性は、フォトニックプラットフォームではまだ実現されていない制御可能な確率分布に依存する。 本研究では、真空レベルの「バイアス」場を多安定光学系に注入することで「バイアス」量子ランダム性の制御可能な源が得られることを示す。 我々はこの概念を光パラメトリック発振器(OPO)で実証する。 通常、基底状態から開始されるOPOは、同じ確率で2つの退化相状態 (0 と $\pi$) の1つの信号場を開発する。 平均的に1光子未満のバイアスパルスを注入することにより、2つの出力状態に関連する確率を制御し、初めて制御可能なフォトニック確率ビット(p-bit)を得る。 我々は、この過程の背後にある物理学に光を当て、理論と実験の間の定量的な一致を示した。 最後に,本システムは単一光子レベルよりはるかに低いバイアス場パルスの時間的形状に敏感であることを示すことにより,サブ光子レベル場を検知する手法の可能性を示す。 非線形駆動散逸系における確率的量子力学の研究のための新しいプラットフォームが提案され、超高速フォトニック確率計算への応用や、非常に弱い場の検出が期待できる。

関連論文リスト

• Entanglement of photonic modes from a continuously driven two-level system [34.50067763557076]
  量子エミッタ(超伝導量子ビット)をコヒーレントドライブで連続的にエキサイティングすることで, 絡み合ったフォトニックモードを実験的に生成する。 共鳴蛍光スペクトルの2つの側バンドから抽出したモード間の絡み合いが生じることを示す。 本手法は, 様々な物理プラットフォームにおいて, 絡み合いを高速に分散するために有効である。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-07-10T18:48:41Z)
• Photonic probabilistic machine learning using quantum vacuum noise [8.194733686324204]
  確率論的機械学習は、ランダム性の制御可能なソースを利用して不確実性を符号化し、統計的モデリングを可能にする。 ここでは、制御可能なフォトニック要素からなるフォトニック確率コンピュータを実装した。 我々の研究は、スケーラブルで超高速でエネルギー効率の良い機械学習ハードウェアの道を開いた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-03-07T18:35:18Z)
• Simulating Gaussian boson sampling quantum computers [68.8204255655161]
  実験的なガウスボソンサンプリングネットワークをシミュレートする最近の理論手法について概説する。 主に、量子力学の位相空間表現を使用する手法に焦点を当てる。 GBSの理論、最近の実験、その他の手法についても概説する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-08-02T02:03:31Z)
• Photon emission statistics of a driven microwave cavity [0.0]
  マイクロ波空洞から放射される光子の外部磁場による共鳴の統計を理論的に検討する。 我々は、光子放射統計量の生成関数を得るために、カウントフィールドにdressしたリンドブラッドマスター方程式を用いる。 長時間の限界において、光子放射統計の因子的累積と、放出電流の大規模偏差統計を解析する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-05-03T09:09:00Z)
• Deterministic Free-Propagating Photonic Qubits with Negative Wigner Functions [0.0]
  古典的および量子通信においてユビキタスなコヒーレントな状態、量子センシングで使用される圧縮された状態、そして量子コンピューティングの文脈で研究される高絡み合った状態も決定論的に生成することができる。 光の非ガウスウィグナー負の状態の完全な決定論的な最初の準備について記述し、カヴドベリ超原子の内部状態を光学量子ビットにマッピングすることによって得られる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-09-05T16:37:42Z)
• Ultra-long photonic quantum walks via spin-orbit metasurfaces [52.77024349608834]
  数百光モードの超長光子量子ウォークについて報告する。 このセットアップでは、最先端の実験をはるかに超えて、最大320の離散的なステップで量子ウォークを設計しました。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-03-28T19:37:08Z)
• Observation-dependent suppression and enhancement of two-photon coincidences by tailored losses [68.8204255655161]
  ホン・ウー・マンデル効果(HOM)は、バランスビームスプリッターの出力ポート間での2粒子の一致を完璧に抑制することができる。 そこで本研究では,2つのボソンの2粒子同時一致統計をシームレスに調整し,精度の向上を実証した。 この結果から,非エルミート的設定を多粒子量子状態の操作に利用するための新しいアプローチが明らかになった。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-05-12T06:47:35Z)
• Single photon randomness originating from the symmetry of dipole emission and the unpredictability of spontaneous emission [55.41644538483948]
  量子乱数生成は、量子暗号と基本量子光学の鍵となる要素である。 自然発生過程に基づく量子乱数生成を実験的に実証する。 このスキームはコヒーレントな単一光子によってランダム数生成に拡張することができ、室温での固体ベースの量子通信にも応用できる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-02-18T14:07:20Z)
• Boson sampling with random numbers of photons [0.0]
  本研究では, ボソンサンプリング方式を新たに提案し, 成功率を低下させることなく向上させる手法を提案する。 これは、占有された入力ポートの数とポート毎の入力光子数とを同時にサンプリングすることで達成される。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-06-05T17:53:07Z)
• Theory of waveguide-QED with moving emitters [68.8204255655161]
  単一励起部分空間における導波路と移動量子エミッタで構成されるシステムについて検討する。 まず、単一移動量子エミッタからの単一光子散乱を特徴付け、非相互伝達とリコイル誘起の量子エミッタ運動エネルギーの低減の両方を示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-03-20T12:14:10Z)
• Quantum Random Number Generation using a Solid-State Single-Photon Source [89.24951036534168]
  量子乱数生成(QRNG)は、量子力学現象の固有乱数性を利用する。 六方晶窒化ホウ素の量子エミッタによるQRNGの実証を行った。 本研究は,オンチップ決定性乱数生成器の製作への新たな道を開くものである。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-01-28T22:47:43Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。