論文の概要: Long-Range Four-body Interactions in Structured Nonlinear Photonic Waveguides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.02714v1
• Date: Fri, 5 Jan 2024 09:06:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-08 15:30:08.416841
• Title: Long-Range Four-body Interactions in Structured Nonlinear Photonic Waveguides
• Title（参考訳）: 構造非線形フォトニック導波路における長距離四体相互作用
• Authors: Xin Wang, Jia-Qi Li, Tao Liu, Adam Miranowicz and Franco Nori
• Abstract要約: 線形光学材料以外の多光子力学は、量子情報処理において重要である。 我々は,光子-光子相互作用の存在下での非線形導波路の構造を理論的に提案する。 本研究により, 構造化非線形導波路QEDを多体量子情報処理に適用する方法について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.602091616136553
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Multi-photon dynamics beyond linear optical materials are of significant fundamental and technological importance in quantum information processing. However, it remains largely unexplored in nonlinear waveguide QED. In this work, we theoretically propose a structured nonlinear waveguide in the presence of staggered photon-photon interactions, which supports two branches of gaped bands for doublons (i.e., spatially bound-photon-pair states). In contrast to linear waveguide QED systems, we identify two important contributions to its dynamical evolution, i.e., single-photon bound states (SPBSs) and doublon bound states (DBSs). Most remarkably, the nonlinear waveguide can mediate the long-range four-body interactions between two emitter pairs, even in the presence of disturbance from SPBS. By appropriately designing system's parameters, we can achieve high-fidelity four-body Rabi oscillations mediated only by virtual doublons in DBSs. Our findings pave the way for applying structured nonlinear waveguide QED in multi-body quantum information processing and quantum simulations among remote sites.
• Abstract（参考訳）: 線形光学材料を超えた多光子力学は、量子情報処理において重要な基礎的および技術的重要性を持つ。 しかし、非線形導波路QEDではほとんど探索されていない。 本研究では,ダボロンのギャップバンドの2つの分枝(すなわち空間的に結合された光子ペア状態)をサポートするスタガー光子-光子相互作用の存在下での非線形導波路を理論的に提案する。 線形導波管QEDシステムとは対照的に、その動的進化、すなわち単光子束縛状態(SPBS)と二重子束縛状態(DBS)の2つの重要な寄与を同定する。 最も驚くべきことに、非線形導波路は、2つのエミッタ対の間の長距離4体相互作用を仲介することができる。 システムのパラメータを適切に設計することにより,DBSの仮想ダビロンのみを介する高忠実度4体ラビ発振を実現することができる。 本研究は,多体量子情報処理および遠隔地における量子シミュレーションにおける構造化非線形導波路QEDの適用方法である。

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