論文の概要: Entanglement-assisted quantum transduction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.09441v1
- Date: Mon, 15 Apr 2024 04:00:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-16 13:48:50.476303
- Title: Entanglement-assisted quantum transduction
- Title（参考訳）: 絡み合い支援量子トランスダクション
- Authors: Haowei Shi, Quntao Zhuang,
- Abstract要約: 量子トランスデューサは、入力信号を異なる周波数で出力に変換し、高い忠実度で量子情報を維持する。
低損失光リンクによる量子コンピュータ間の量子ネットワークにおいて、分散量子コンピューティングを可能にすることが重要である。
我々は、同じ周波数帯域内での絡み合いを消費することで、トランスダクション効率を向上させることを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4604003661048266
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A quantum transducer converts an input signal to an output at a different frequency, while maintaining the quantum information with high fidelity. When operating between the microwave and optical frequencies, it is crucial for quantum networking between quantum computers via low-loss optical links, and thereby enabling distributed quantum computing. However, the state-of-the-art quantum transducers suffer from low transduction efficiency due to weak nonlinear coupling, wherein increasing pump power to enhance efficiency leads to inevitable thermal noise from heating. Moreover, we reveal that the efficiency-bandwidth product in such systems is fundamentally limited by pump power and nonlinear coupling coefficient, irrespective of cavity engineering efforts. To resolve the conundrum, we propose to boost the transduction efficiency by consuming entanglement within the same frequency band (e.g., microwave-microwave or optical-optical entanglement). Via a squeezer-coupler-antisqueezer sandwich structure, the protocol enhances the transduction efficiency to unity in the ideal lossless case, given an arbitrarily weak nonlinear coupling, which establishes a high-fidelity quantum communication link without any signal encoding. In practical cavity systems, our entanglement-assisted protocol surpasses the non-assisted fundamental limit of the efficiency-bandwidth product and reduces the threshold cooperativity for positive quantum capacity by a factor proportional to two-mode squeezing gain. Given a fixed cooperativity, our approach increases the broadband quantum capacity by orders of magnitude.
- Abstract（参考訳）: 量子トランスデューサは、入力信号を異なる周波数で出力に変換し、高い忠実度で量子情報を維持する。
マイクロ波と光周波数の間での動作は、低損失光リンクを介して量子コンピュータ間の量子ネットワークにおいて重要であり、それによって分散量子コンピューティングを可能にする。
しかし、最先端の量子トランスデューサは、非線形カップリングの弱いため、低い変換効率に悩まされ、効率を高めるためにポンプのパワーを増大させることで、加熱から必然的な熱ノイズが発生する。
さらに, これらのシステムにおける効率帯域幅積は, キャビティ工学の努力によらず, ポンプパワーと非線形結合係数によって根本的に制限されていることが明らかとなった。
そこで本研究では,同じ周波数帯域内での絡み合い(マイクロ波や光光学の絡み合いなど)を消費することで,共振効率を向上させることを提案する。
このプロトコルは、圧縮器-カップラー-アンティースチーザサンドイッチ構造により、任意に弱い非線形結合が与えられ、信号符号化なしで高忠実な量子通信リンクを確立することにより、理想的なロスレスケースにおけるユニタリへのトランスダクション効率を高める。
実用空洞システムでは, エンタングルメント支援プロトコルは効率帯域積の非補助的基本限界を超越し, 正の量子容量に対するしきい値の協調性を2モードのスクイーズゲインに比例して減少させる。
固定的な協調性を考えると、我々の手法はブロードバンド量子容量を桁違いに増大させる。
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