論文の概要: Waveguide QED with Quadratic Light-Matter Interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.07382v2
- Date: Mon, 11 Sep 2023 13:53:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-12 22:12:04.930578
- Title: Waveguide QED with Quadratic Light-Matter Interactions
- Title(参考訳): 二次光間相互作用を有する導波路qed
- Authors: Uesli Alushi, Tom\'as Ramos, Juan Jos\'e Garc\'ia-Ripoll, Roberto Di
Candia and Simone Felicetti
- Abstract要約: 1つの二次結合エミッタは、単位忠実度を持つ2光子論理ゲートを実装可能であることを示す。
これにより、量子情報処理における新しい機会が解放され、光子が伝播する。
- 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: Quadratic light-matter interactions are nonlinear couplings such that quantum
emitters interact with photonic or phononic modes exclusively via the exchange
of excitation pairs. Implementable with atomic and solid-state systems, these
couplings lead to a plethora of phenomena that have been characterized in the
context of cavity QED, where quantum emitters interact with localized bosonic
modes. Here, we explore quadratic interactions in a waveguide QED setting,
where quantum emitters interact with propagating fields confined in a
one-dimensional environment. We develop a general scattering theory under the
Markov approximation and discuss paradigmatic examples for spontaneous emission
and scattering of biphoton states. Our analytical and semi-analytical results
unveil fundamental differences with respect to conventional waveguide QED
systems, such as the spontaneous emission of frequency-entangled photon pairs
or the full transparency of the emitter to single-photon inputs. This unlocks
new opportunities in quantum information processing with propagating photons.
As a striking example, we show that a single quadratically-coupled emitter can
implement a two-photon logic gate with unit fidelity, circumventing a no-go
theorem derived for conventional waveguide-QED interactions.
- Abstract(参考訳): 二次光-物質相互作用は非線形結合であり、量子エミッタは励起対の交換によってのみフォトニックモードやフォノニックモードと相互作用する。
原子と固体の系で実装可能なこれらの結合は、量子エミッタが局所的なボソニックモードと相互作用する空洞QEDの文脈で特徴付けられる多くの現象を引き起こす。
ここで、量子エミッタが一次元環境に閉じ込められた伝播場と相互作用する導波路qed設定における二次相互作用を考察する。
マルコフ近似の下で一般散乱理論を開発し、双光子状態の自発放出と散乱のパラダイム的例について論じる。
解析的および半解析的な結果から,周波数-絡み合った光子対の自然放出や単一光子入力へのエミッタの完全透過など,従来の導波管QEDシステムに対する根本的な違いが明らかになった。
これにより、量子情報処理における光子伝播による新たな機会が解放される。
顕著な例として、単一二次結合型エミッタが単体忠実度を持つ2光子論理ゲートを実装できることを示し、従来の導波管-QED相互作用に導かれるノーゴー定理を回避した。
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