論文の概要: Strong coupling between a single photon and a photon pair

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.02738v1
• Date: Fri, 5 Jan 2024 10:23:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-08 15:16:16.754935
• Title: Strong coupling between a single photon and a photon pair
• Title（参考訳）: 単一光子対と光子対の強い結合
• Authors: Shuai-Peng Wang, Alberto Mercurio, Alessandro Ridolfo, Yuqing Wang, Mo Chen, Tiefu Li, Franco Nori, Salvatore Savasta, and J. Q. You
• Abstract要約: 超強結合回路-QED系における単一光子対と光子対の強い結合を実験的に観察した。 結果は、量子非線形光学の新しい体制への重要な一歩である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.14346227009377
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The realization of strong nonlinear coupling between single photons has been a long-standing goal in quantum optics and quantum information science, promising wide impact applications, such as all-optical deterministic quantum logic and single-photon frequency conversion. Here, we report an experimental observation of the strong coupling between a single photon and a photon pair in an ultrastrongly-coupled circuit-QED system. This strong nonlinear interaction is realized by introducing a detuned flux qubit working as an effective coupler between two modes of a superconducting coplanar waveguide resonator. The ultrastrong light--matter interaction breaks the excitation number conservation, and an external flux bias breaks the parity conservation. The combined effect of the two enables the strong one--two-photon coupling. Quantum Rabi-like avoided crossing is resolved when tuning the two-photon resonance frequency of the first mode across the single-photon resonance frequency of the second mode. Within this new photonic regime, we observe the second harmonic generation for a mean photon number below one. Our results represent a key step towards a new regime of quantum nonlinear optics, where individual photons can deterministically and coherently interact with each other in the absence of any stimulating fields.
• Abstract（参考訳）: 単一光子間の強い非線形結合の実現は、量子光学および量子情報科学における長年の目標であり、全光学決定論的量子論理や単一光子周波数変換といった幅広い応用を約束している。 本稿では, 単一光子対と光子対との強い結合を, 超強結合回路-QED系で実験的に観察する。 この強い非線形相互作用は、超伝導コプラナー導波路共振器の2モード間の有効カプラとして機能する変形束量子ビットを導入することで実現される。 超強光子相互作用は励起数保存を損ね、外部磁束バイアスはパリティ保存を損ねる。この2つの効果は強い1-2光子結合を可能にする。 第1モードの2光子共鳴周波数を第2モードの1光子共鳴周波数に合わせた場合、量子ラビ様の交差を回避する。 この新たなフォトニック状態の中では、平均光子数が1以下の2番目の調和生成を観測する。 この結果は、量子非線形光学の新展開に向けた重要な一歩であり、個々の光子は刺激場がなければ決定論的かつコヒーレントに相互に相互作用することができる。

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