論文の概要: Decoherence-free many-body Hamiltonians in nonlinear waveguide quantum electrodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.20241v1
• Date: Thu, 30 May 2024 16:45:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-31 13:19:40.097952
• Title: Decoherence-free many-body Hamiltonians in nonlinear waveguide quantum electrodynamics
• Title（参考訳）: 非線形導波路量子電磁力学におけるデコヒーレンスフリー多体ハミルトン
• Authors: Aviv Karnieli, Offek Tziperman, Charles Roques-Carmes, Shanhui Fan,
• Abstract要約: 導波管量子電磁力学は、無限範囲の相互作用と量子エミッターの非コヒーレンスな部分空間をホストする。 ここでは、パラメトリックゲインを包含する非線形導波路を持つエミッタアレイを組み込むことにより、多体相互作用ハミルトニアンのユニークなクラスが得られることを示す。 我々は、これらのハミルトンアンを用いて、グローバルなスクイーズドライブのみを使用して、基底状態からデコヒーレンスフリーな状態をコヒーレントに生成することを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1874930567916036
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Enhancing interactions in many-body quantum systems, while protecting them from environmental decoherence, is at the heart of many quantum technologies. Waveguide quantum electrodynamics is a promising platform for achieving this, as it hosts infinite-range interactions and decoherence-free subspaces of quantum emitters. However, as coherent interactions between emitters are typically washed out in the wavelength-spacing regime hosting decoherence-free states, coherent control over the latter becomes limited, and many-body Hamiltonians in this important regime remain out of reach. Here we show that by incorporating emitter arrays with nonlinear waveguides hosting parametric gain, we obtain a unique class of many-body interaction Hamiltonians with coupling strengths that increase with emitter spacing, and persist even for wavelength-spaced arrays. We then propose to use these Hamiltonians to coherently generate decoherence-free states directly from the ground state, using only global squeezing drives, without the need for local addressing of individual emitters. Interestingly, we find that the dynamics approaches a unitary evolution in the limit of weak intra-waveguide squeezing, and discuss potential experimental realizations of this effect. Our results pave the way towards coherent control protocols in waveguide quantum electrodynamics, with applications including quantum computing, simulation, memory and nonclassical light generation.
• Abstract（参考訳）: 多体量子システムにおける相互作用の強化は、環境のデコヒーレンスから保護する一方で、多くの量子技術の中心にある。 導波管量子電磁力学は、無限範囲の相互作用と量子エミッターの非コヒーレンスな部分空間をホストするので、これを達成するための有望なプラットフォームである。 しかしながら、エミッタ間のコヒーレント相互作用は通常、デコヒーレンスのない状態を包含する波長飽和状態において洗い流されるため、後者のコヒーレント制御は制限され、この重要な状態にある多くのハミルトニアンは手の届かないままである。 ここでは、パラメトリックゲインを包含する非線形導波路を持つエミッタアレイを組み込むことにより、エミッタ間隔の増加に伴って増加する結合強度を持つ多体相互作用ハミルトニアンのユニークなクラスが得られ、波長空間配列に対しても持続することを示す。 次に、これらのハミルトンアンを用いて、個々のエミッタのローカルアドレスを必要とせずに、グローバルなスクイーズドライブのみを使用して、基底状態からデコヒーレンスフリーな状態をコヒーレントに生成することを提案する。 興味深いことに、このダイナミクスは弱い導波路内スクイージングの限界におけるユニタリ進化に近づき、この効果の潜在的実験的実現について議論する。 導波管型量子電磁力学におけるコヒーレント制御プロトコルへの道を開き,量子コンピューティング,シミュレーション,メモリ,非古典的光発生などの応用を行った。

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