論文の概要: Deterministic quantum state generators and stabilizers from nonlinear photonic filter cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.07386v1
• Date: Tue, 12 Dec 2023 16:02:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-13 15:26:37.591866
• Title: Deterministic quantum state generators and stabilizers from nonlinear photonic filter cavities
• Title（参考訳）: 非線形フォトニックフィルタ空洞からの決定論的量子状態発生器と安定化器
• Authors: Sean Chen, Nicholas Rivera, Jamison Sloan, and Marin Soljacic
• Abstract要約: 我々は、光の重要な量子状態を決定論的に生成し、安定化するための特に単純な概念を提示する。 周波数依存性の外部結合を持つ非線形共振器や非線形導波路のチェーンを考慮すれば、密度行列の光子数成分の周期的なラグを除いて「フィルタリング」できることを示す。 このようなフィルターの空洞では、グラウバーコヒーレント状態は決定論的に所望の順序でシュロディンガー猫状態へと進化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.920427565549217
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum states of light, particularly at optical frequencies, are considered necessary to realize a host of important quantum technologies and applications, spanning Heisenberg-limited metrology, continuous-variable quantum computing, and quantum communications. Nevertheless, a wide variety of important quantum light states are currently challenging to deterministically generate at optical frequencies. In part, this is due to a relatively small number of schemes that prepare target quantum states given nonlinear interactions. Here, we present an especially simple concept for deterministically generating and stabilizing important quantum states of light, using only simple third-order optical nonlinearities and engineered dissipation. We show how by considering either a nonlinear cavity with frequency-dependent outcoupling, or a chain of nonlinear waveguides, one can "filter" out all but a periodic ladder of photon number components of a density matrix. As examples of this phenomenon, we show cavities which can stabilize squeezed states, as well as produce "photon-number-comb" states. Moreover, in these types of filter cavities, Glauber coherent states will deterministically evolve into Schrodinger cat states of a desired order. We discuss potential realizations in quantum nonlinear optics. More broadly, we expect that combining the techniques introduced here with additional "phase-sensitive" nonlinearities (such as second-order nonlinearity) should enable passive stabilization and generation of a wider variety of states than shown here.
• Abstract（参考訳）: 特に光周波数における光の量子状態は、ハイゼンベルク制限されたメトロロジー、連続変数量子コンピューティング、量子通信など、多くの重要な量子技術や応用を実現するために必要であると考えられている。 それでも、様々な重要な量子光状態は、現在光学周波数で決定的に生成することが難しい。 これは、非線形相互作用が与えられたターゲット量子状態を作成する比較的少数のスキームが原因である。 本稿では、光の重要な量子状態を決定論的に生成し、安定化するための特に単純な概念について述べる。 周波数依存性の外部結合を持つ非線形共振器や非線形導波路のチェーンを考慮すれば、密度行列の光子数成分の周期的なラグを除いて「フィルタリング」できることを示す。 この現象の例として、収縮状態の安定化と「光子数コム」状態の生成が可能な空洞を示す。 さらに、これらのフィルター空洞では、グラウバーコヒーレント状態は決定論的に所望の順序でシュロディンガー猫状態へと進化する。 量子非線形光学におけるポテンシャル実現について論じる。 より広範に、ここで導入された技術と追加の「位相感受性」非線形性(二階非線形性など)を組み合わせることで、ここで示されるよりも広い多様な状態の受動的安定化と生成が可能になると期待している。

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