論文の概要: Universal and ultrafast quantum computation based on
free-electron-polariton blockade
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.13275v1
- Date: Thu, 23 Mar 2023 13:55:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-24 14:07:42.897749
- Title: Universal and ultrafast quantum computation based on
free-electron-polariton blockade
- Title（参考訳）: 自由電子偏光子遮断に基づく普遍的および超高速量子計算
- Authors: Aviv Karnieli, Shai Tsesses, Renwen Yu, Nicholas Rivera, Ady Arie, Ido
Kaminer and Shanhui Fan
- Abstract要約: 空飛ぶクビットとして働く自由荷電粒子である空洞QEDに新しい要素を導入する。
我々は,超高速,決定論的,普遍的な離散変数量子計算が可能であることを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3463527836552467
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Cavity quantum electrodynamics (QED), wherein a quantum emitter is coupled to
electromagnetic cavity modes, is a powerful platform for implementing quantum
sensors, memories, and networks. However, due to the fundamental tradeoff
between gate fidelity and execution time, as well as limited scalability, the
use of cavity-QED for quantum computation was overtaken by other architectures.
Here, we introduce a new element into cavity-QED - a free charged particle,
acting as a flying qubit. Using free electrons as a specific example, we
demonstrate that our approach enables ultrafast, deterministic and universal
discrete-variable quantum computation in a cavity-QED-based architecture, with
potentially improved scalability. Our proposal hinges on a novel excitation
blockade mechanism in a resonant interaction between a free-electron and a
cavity polariton. This nonlinear interaction is faster by several orders of
magnitude with respect to current photon-based cavity-QED gates, enjoys wide
tunability and can demonstrate fidelities close to unity. Furthermore, our
scheme is ubiquitous to any cavity nonlinearity, either due to light-matter
coupling as in the Jaynes-Cummings model or due to photon-photon interactions
as in a Kerr-type many-body system. In addition to promising advancements in
cavity-QED quantum computation, our approach paves the way towards ultrafast
and deterministic generation of highly-entangled photonic graph states and is
applicable to other quantum technologies involving cavity-QED.
- Abstract（参考訳）: 量子エミッタを電磁キャビティモードに結合するキャビティ量子電磁力学(英語版)(QED)は、量子センサ、メモリ、ネットワークを実装するための強力なプラットフォームである。
しかし、ゲートの忠実度と実行時間との根本的なトレードオフとスケーラビリティの制限により、量子計算における空洞QEDの使用は他のアーキテクチャに取って代わられた。
ここでは空飛ぶクビットとして働く自由荷電粒子である空洞QEDに新しい要素を導入する。
本稿では, 自由電子を具体例として, 超高速, 決定論的, 普遍的な離散変数量子計算を空洞QEDアーキテクチャで実現し, スケーラビリティを向上できることを示す。
本提案は自由電子とキャビティポラリトンとの共振相互作用における新しい励起阻止機構にかかっている。
この非線形相互作用は、現在の光子ベースのキャビティqedゲートに比べて数桁の速さで、広い波長性を持ち、ユニティに近いフィデリティを示すことができる。
さらに,Jaynes-Cummingsモデルのような光物質結合や,Kerr型多体系のような光子-光子相互作用により,任意の空洞非線形性を示す。
キャビティ-QED量子計算の有望な進歩に加えて、我々は高絡み合ったフォトニックグラフ状態の超高速かつ決定論的生成への道を開き、キャビティ-QEDを含む他の量子技術にも適用できる。
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