論文の概要: Overcoming the fundamental limit of quantum transduction via intraband entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.09441v3
- Date: Sat, 21 Dec 2024 04:26:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:50:55.105610
- Title: Overcoming the fundamental limit of quantum transduction via intraband entanglement
- Title（参考訳）: バンド内絡み込みによる量子トランスダクションの基本的限界を克服する
- Authors: Haowei Shi, Quntao Zhuang,
- Abstract要約: 量子トランスデューサは、入力信号を離れた周波数帯域の出力プローブに変換する。
キャビティ電気光学・電気光学変換器の効率帯域幅積は、ポンプパワーと非線形結合係数によって基本的に制限されていることを示す。
本研究では、帯域内絡みを消費することで、ノイズのない転送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:
- Abstract: A quantum transducer converts an input signal to an output probe at a distant frequency band while maintaining the quantum information with high fidelity, which is crucial for quantum networking and distributed quantum sensing and computing. In terms of microwave-optical quantum transduction, the state-of-the-art quantum transducers suffer low transduction efficiency from weak nonlinear coupling, wherein increasing pump power to enhance efficiency inevitably leads to thermal noise from heating. Moreover, we reveal that the efficiency-bandwidth product of a cavity electro-optical or electro-optomechanical transducer is fundamentally limited by pump power and nonlinear coupling coefficient, irrespective of cavity engineering efforts. To overcome this fundamental limit, we propose to noiselessly boost the transduction efficiency by consuming intraband entanglement (e.g., microwave-microwave or optical-optical entanglement in the case of microwave-optical transduction). Via a squeezer-coupler-antisqueezer sandwich structure, the protocol enhances the transduction efficiency to unity in the ideal lossless case, given an arbitrarily weak pump and nonlinear coupling. 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. The entanglement-assisted advantage is robust to ancilla loss and cavity detuning.
- Abstract（参考訳）: 量子トランスデューサは、入力信号を、量子ネットワークおよび分散量子センシング及び計算に不可欠な高忠実度な量子情報を維持しつつ、遠隔周波数帯域の出力プローブに変換する。
マイクロ波光量子トランスダクションの観点では、最先端の量子トランスデューサは弱い非線形結合から低いトランスダクション効率を損なうため、ポンプ電力を増やして効率を高めることで加熱の熱ノイズを必然的に引き起こす。
さらに, キャビティの電気光学・電気光学変換器の効率帯域幅積は, 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基本的に制限されていることを明らかにした。
この基本的限界を克服するために、帯域内絡み込み(例えば、マイクロ波や光光学の絡み合い)を消費することで、非雑音で伝送効率を向上することを提案する。
このプロトコルは、圧縮器-カップラー-アンティースケザーサンドイッチ構造により、任意に弱いポンプと非線形結合が与えられた理想的なロスレスケースにおいて、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。
絡み合いを補助する利点は、アシラロスとキャビティデチューニングに対して堅牢である。
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