論文の概要: Macroscopic Single-Qubit Operation for Coherent Photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.00013v1
• Date: Thu, 30 Mar 2023 03:59:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-04 20:18:14.419157
• Title: Macroscopic Single-Qubit Operation for Coherent Photons
• Title（参考訳）: コヒーレント光子のマクロ単一量子ビット演算
• Authors: Shinichi Saito
• Abstract要約: ポインカー球回転子(Poincar'e rotator)は、ポインカー球上で任意の量の回転を実行することによって偏極状態の動的制御を可能にする。 我々は,4倍 4=16$,8倍 8=64$,10倍 10=100$のような様々な偏極状態を実現した。
• 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: Polarisation is described by an $SU(2)$ wavefunction due to macroscopic coherence of photons emitted from a ubiquitous laser source, and thus, a laser pulse is expected to behave as a macroscopic quantum bit (qubit), i.e., a qubit realised by a macroscopic number of photons. Here, we show that an arbitrary single-qubit operation can be carried out for such a macroscopic qubit by employing optical modulators, together with standard optical plates, in a computer-controlled fibre-optic configuration. We named the device as a Poincar\'e rotator, which allows a dynamic control over a polarisation state by executing an arbitrary amount of rotations on the Poincar\'e sphere. The Poincar\'e rotator works as an arbitrary $SU(2)$ operator in a Lie group, by combining a $U(1)$ operation to change the phase and another $U(1)$ operation to change the amplitude of the wavefunction. We have realised various polarisation states, such as $4 \times 4=16$, $8 \times 8=64$, and $10 \times 10=100$ distinguishable states on the sphere. As a locus of the realised polarisation states on the sphere, we have successfully drawn the molecular structure of Buckminsterfullerene (C$_{60}$) and the coastline of the earth.
• Abstract（参考訳）: 偏光は、ユビキタスレーザー源から放出される光子のマクロコヒーレンスにより、$SU(2)$の波動関数によって記述されるので、レーザーパルスは、マクロ的な量子ビット(量子ビット)として振る舞うことが期待される。 本稿では,光変調器を標準光板と共に,コンピュータ制御されたファイバー光学構成において,このようなマクロ量子ビットに対して任意の単一量子ビット演算を行うことが可能であることを示す。 我々はこの装置をポインカーの回転子と命名し、ポインカーの球面上で任意の量の回転を実行することによって偏極状態の動的制御を可能にする。 Poincar\'e 回転子は、位相を変更するために$U(1)$演算と、波動関数の振幅を変更するために$U(1)$演算を組み合わせることで、リー群の任意の$SU(2)$演算子として機能する。 我々は,4 \times 4=16$,8 \times 8=64$,10 \times 10=100$のような様々な偏極状態を実現した。 球面上の実現された偏光状態の軌跡として、バックミンスターフルレレン (c$_{60}$) の分子構造と地球の海岸線を導いた。

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