論文の概要: Principles for Optimizing Quantum Transduction in Piezo-Optomechanical Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.04673v2
• Date: Wed, 13 Mar 2024 14:38:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-14 17:58:33.612319
• Title: Principles for Optimizing Quantum Transduction in Piezo-Optomechanical Systems
• Title（参考訳）: 圧電現象における量子伝達の最適化原理 システム
• Authors: James Schneeloch, Erin Sheridan, A. Matthew Smith, Christopher C. Tison, Daniel L. Campbell, Matthew D. LaHaye, Michael L. Fanto, and Paul M. Alsing
• Abstract要約: 双方向マイクロ波光量子トランスダクションは、光ファイバーを介して遠隔超伝導量子ビットを接続する重要な機能である。 フォノン-フォトン4波混合を用いた光非線形性による新しい光結合機構を提案する。
• 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: Two-way microwave-optical quantum transduction is an essential capability to connect distant superconducting qubits via optical fiber, and to enable quantum networking at a large scale. In Bl\'esin, Tian, Bhave, and Kippenberg's article, ``Quantum coherent microwave-optical transduction using high overtone bulk acoustic resonances" (Phys. Rev. A, 104, 052601 (2021)), they lay out a quantum transduction system that accomplishes this by combining a piezoelectric interaction to convert microwave photons to GHz-scale phonons, and an optomechanical interaction to up-convert those phonons into telecom-band photons using a pump laser set to an adjacent telecom-band tone. In this work, we discuss these coupling interactions from first principles in order to discover what device parameters matter most in determining the transduction efficiency of this new platform, and to discuss strategies toward system optimization for near-unity transduction efficiency, as well as how noise impacts the transduction process. In addition, we address the post-transduction challenge of separating single photons of the transduced light from a classically bright pump only a few GHz away in frequency by proposing a novel optomechanical coupling mechanism using phonon-photon four-wave mixing via stress-induced optical nonlinearity and its thermodynamic connection to higher-orders of electrostriction. Where this process drives transduction by consuming pairs instead of individual pump photons, it will allow a clean separation of the transduced light from the classically bright pump driving the transduction process.
• Abstract（参考訳）: 双方向マイクロ波光量子トランスダクションは、遠方の超伝導量子ビットを光ファイバーで接続し、大規模に量子ネットワークを実現するために必須の能力である。 Bl\'esin, Tian, Bhave, and Kippenberg's article, '`Quantum coherentwave-optical transduction using high overtone bulk acoustic resonances" (Phys)。 A, 104, 052601 (2021) は、マイクロ波光子をGHzスケールのフォノンに変換するための圧電相互作用と、隣接するテレコムバンドのトーンにセットされたポンプレーザーを用いてこれらのフォノンをテレコムバンド光子に変換するための光学的相互作用を組み合わせた量子トランスダクションシステムを構築した。 本研究では,これらの結合相互作用を第一原理から議論し,この新プラットフォームのトランスダクション効率を決定する上で,デバイスパラメータが最も重要であるかを明らかにするとともに,ニアユニティトランスダクション効率に対するシステム最適化に向けた戦略と,ノイズがトランスダクションプロセスに与える影響について論じる。 さらに, フォノン-光子4光波混合を用いた新しい光力学的結合機構の提案と, その熱力学的結合を高次電気収縮に繋げることで, 古典的に明るいポンプから光子の単一光子を数GHz離れた周波数で分離するという, トランスダクション後の課題に対処する。 このプロセスは、個々のポンプ光子の代わりにペアを消費することでトランスダクションを駆動するが、古典的に明るいポンプからトランスダクションされた光をきれいに分離することができる。

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