論文の概要: Atom-mediated deterministic generation and stitching of photonic graph states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.00860v3
• Date: Mon, 16 Dec 2024 04:49:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-17 13:49:59.462667
• Title: Atom-mediated deterministic generation and stitching of photonic graph states
• Title（参考訳）: 原子を介するフォトニックグラフ状態の決定論的生成と縫合
• Authors: Ziv Aqua, Barak Dayan,
• Abstract要約: 高絡み合い多光子グラフ状態は、フォトニック量子計算と通信において重要な資源である。 光共振器に結合したW型レベルスキームにおいて、単一原子からなるマルチゲート量子ノードを導入する。 フォトニック量子ビットを決定論的に絡める能力は、異なるデバイスからグラフを縫い合わせることによって生成された状態を拡大することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Highly-entangled multi-photon graph states are a crucial resource in photonic quantum computation and communication. Yet, the lack of photon-photon interactions makes the construction of such graph states especially challenging. Typically, these states are produced through probabilistic single-photon sources and linear-optics entangling operations that require indistinguishable photons. The resulting inefficiency of these methods necessitates a large overhead in the number of sources and operations, creating a major bottleneck in the photonic approach. Here, we show how harnessing single-atom-based photonic operations can enable deterministic generation of photonic graph states, while also lifting the requirement for photon indistinguishability. To this end, we introduce a multi-gate quantum node comprised of a single atom in a W-type level scheme coupled to an optical resonator. This configuration provides a versatile toolbox for generating graph states, allowing the operation of both the controlled-Z and SWAP photon-atom gates, as well as the deterministic generation of single photons. Furthermore, the ability to deterministically entangle photonic qubits enables expanding the generated state by stitching graphs from different devices. We investigate the implementation of this gate-based approach using $^{87}$Rb atoms and evaluate its performance through numerical simulations.
• Abstract（参考訳）: 高絡み合い多光子グラフ状態は、フォトニック量子計算と通信において重要な資源である。 しかし、光子-光子相互作用の欠如は、そのようなグラフ状態の構築を特に困難にしている。 通常、これらの状態は確率的な単一光子源と、区別不可能な光子を必要とする線形光学エンタングリング操作によって生成される。 これらの手法の非効率性は、光源と演算数の大きなオーバーヘッドを必要とし、フォトニックアプローチにおける大きなボトルネックを生み出します。 ここでは, 単一原子をベースとしたフォトニック操作を用いることで, フォトニックグラフ状態の決定論的生成が可能となるとともに, 光子不明瞭性の要求を軽減できることを示す。 この目的のために、光共振器に結合したW型レベルスキームにおいて、単一の原子からなるマルチゲート量子ノードを導入する。 この構成はグラフ状態を生成するための汎用的なツールボックスを提供し、制御ZとSWAPの両方の光子-原子ゲートの操作、および単一光子の決定論的生成を可能にする。 さらに、フォトニックキュービットを決定的に絡める能力により、異なるデバイスからグラフを縫い合わせることで、生成された状態を拡大することができる。 本稿では,$^{87}$Rb原子を用いたゲートベース手法の実装について検討し,数値シミュレーションによる性能評価を行う。

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