論文の概要: Universal quantum computation using atoms in cross-cavity systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.14881v2
- Date: Thu, 27 Jun 2024 20:27:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-01 22:14:08.077776
- Title: Universal quantum computation using atoms in cross-cavity systems
- Title（参考訳）: クロスキャビティ系における原子を用いた普遍量子計算
- Authors: Luiz O. R. Solak, Daniel Z. Rossatto, Celso J. Villas-Boas,
- Abstract要約: 本稿では,CNOT(Universal Two-)ゲートと3量子フレドキン(quantum Fredkin)ゲートのクロスキャビティ構成における単一ステップ実装について理論的に検討する。
高協力状態の中では、2モードの単一光子の明るい暗黒状態を含む原子状態依存の$pi$相ゲートが示される。
- 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: Quantum gates are the building blocks of quantum circuits, which in turn are the cornerstones of quantum information processing. In this work, we theoretically investigate a single-step implementation of both a universal two- (CNOT) and three-qubit (quantum Fredkin) gates in a cross-cavity setup coupled to a $\Lambda$-type three-level atom. Within a high-cooperativity regime, the system exhibits an atomic-state-dependent $\pi$-phase gate involving the two-mode single-photon bright and dark states of the input light pulses. This allows for the controlled manipulation of light states by the atom and vice versa. Our results indicate these quantum gates can be implemented with high probability of success using the state-of-the-art parameters, either for the weak- or strong-coupling regime, where the quantum interference is due to an electromagnetically-induced-transparency-like phenomenon and the Autler-Townes splitting, respectively. This work not only paves the way for implementing quantum gates in a single step using simple resources, thus avoiding the need to chain basic gates together in a circuit, but it also endorses the potential of cross-cavity systems for realizing universal quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 量子ゲートは量子回路の構成要素であり、量子情報処理の基盤となっている。
本研究では,CNOT (Universal two-) と 3-qubit (quantum Fredkin) の両ゲートの1段階実装を,$\Lambda$-type 3-level 原子に結合したクロスキャビティ構成で理論的に検討する。
高協力性体制内では、入力光パルスの2モードの単一光子の明るい暗黒状態を含む原子状態依存の$\pi$相ゲートを示す。
これにより、原子による光状態の制御が可能であり、その逆も可能である。
その結果、これらの量子ゲートは、それぞれ電磁誘導透過現象とオートラー・タウナス分裂に起因する弱結合状態と強結合状態のいずれにおいても、最先端パラメータを用いて高い確率で実装可能であることが示唆された。
この作業は、単純なリソースを使って単一のステップで量子ゲートを実装する方法を舗装するだけでなく、回路内で基本ゲートをチェーンする必要性を回避し、普遍的な量子計算を実現するためのクロスキャビティシステムの可能性も支持している。
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