論文の概要: A chip-scale polarization-spatial-momentum quantum SWAP gate in silicon nanophotonics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.09812v1
• Date: Tue, 16 May 2023 21:27:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-18 18:20:20.888896
• Title: A chip-scale polarization-spatial-momentum quantum SWAP gate in silicon nanophotonics
• Title（参考訳）: シリコンナノフォトニクスにおけるチップスケール偏光-空間-運動量子SWAPゲート
• Authors: Xiang Cheng, Kai-Chi Chang, Zhenda Xie, Murat Can Sarihan, Yoo Seung Lee, Yongnan Li, XinAn Xu, Abhinav Kumar Vinod, Serdar Kocaman, Mingbin Yu, Patrick Guo-Qiang Lo, Dim-Lee Kwong, Jeffrey H. Shapiro, Franco N. C. Wong and Chee Wei Wong
• Abstract要約: 集積量子フォトニクスは スケーリングの複雑さを増大させます 本研究では,光子の偏光量子ビットと空間モメンタム量子ビットをナノファブリケートした2層シリコンフォトニクスチップ上で交換する効率的なSWAPゲートを示す。 我々のゲートは、相互接続されたモジュラーシステムのための統合量子情報処理への経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.963795592239752
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent progress in quantum computing and networking enables high-performance large-scale quantum processors by connecting different quantum modules. Optical quantum systems show advantages in both computing and communications, and integrated quantum photonics further increases the level of scaling and complexity. Here we demonstrate an efficient SWAP gate that deterministically swaps a photon's polarization qubit with its spatial-momentum qubit on a nanofabricated two-level silicon-photonics chip containing three cascaded gates. The on-chip SWAP gate is comprehensively characterized by tomographic measurements with high fidelity for both single-qubit and two-qubit operation. The coherence preservation of the SWAP gate process is verified by single-photon and two-photon quantum interference. The coherent reversible conversion of our SWAP gate facilitates a quantum interconnect between different photonic subsystems with different degrees of freedom, demonstrated by distributing four Bell states between two chips. We also elucidate the source of decoherence in the SWAP operation in pursuit of near-unity fidelity. Our deterministic SWAP gate in the silicon platform provides a pathway towards integrated quantum information processing for interconnected modular systems.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングとネットワークの最近の進歩は、異なる量子モジュールを接続することによって、高性能な大規模量子プロセッサを実現する。 光量子システムは計算と通信の両方において利点を示し、集積量子フォトニクスはさらにスケーリングと複雑性のレベルを増大させる。 ここでは、3つのカスケードゲートを含む2層シリコンフォトニクスチップ上で、光子の偏光量子ビットと空間運動量子ビットとを決定的に交換する効率的なSWAPゲートを示す。 オンチップSWAPゲートは、シングルキュービットと2キュービットの両方の動作に対して高忠実度トモグラフィー測定によって包括的に特徴付けられる。 SWAPゲートプロセスのコヒーレンス保存は、単一光子と2光子量子干渉によって検証される。 スワップゲートのコヒーレント可逆変換は、異なる自由度を持つ異なるフォトニックサブシステム間の量子的相互接続を促進する。 また, SWAP手術における脱コヒーレンス源の解明も行なった。 シリコンプラットフォームにおける決定論的SWAPゲートは、相互接続されたモジュールシステムのための統合量子情報処理への経路を提供する。

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