論文の概要: Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06283v1
• Date: Mon, 8 Jul 2024 18:00:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-10 22:13:05.994082
• Title: Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED
• Title（参考訳）: キラル多モード導波路QEDにおける2レベルエミッタを有するパッシブフォトニックCZゲート
• Authors: Tomás Levy-Yeyati, Carlos Vega, Tomás Ramos, Alejandro González-Tudela,
• Abstract要約: 共伝播光子間の受動条件ゲートを2レベルエミッタアレイで設計する。 鍵となる資源は、エミッタアレイの2つの導波路モードへのキラルカップリングによって誘導される効果的な光子-光子相互作用を利用することである。 我々は、この非線形位相シフトを利用して、異なる量子ビット符号化における条件付き決定性フォトニックゲートを設計する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.94295877935867
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Engineering deterministic photonic gates with simple resources is one of the long-standing challenges in photonic quantum computing. Here, we design a passive conditional gate between co-propagating photons using an array of only two-level emitters. The key resource is to harness the effective photon-photon interaction induced by the chiral coupling of the emitter array to two waveguide modes with different resonant momenta at the emitter's transition frequency. By studying the system's multi-photon scattering response, we demonstrate that, in certain limits, this configuration induces a non-linear $\pi$-phase shift between the polariton eigenstates of the system without distorting spectrally the wavepackets. Then, we show how to harness this non-linear phase shift to engineer a conditional, deterministic photonic gate in different qubit encodings, with a fidelity arbitrarily close to 1 in the limit of large number of emitters and coupling efficiency. Our configuration can be implemented in topological photonic platforms with multiple chiral edge modes, opening their use for quantum information processing, or in other setups where such chiral multi-mode waveguide scenario can be obtained, e.g., in spin-orbit coupled optical fibers or photonic crystal waveguides.
• Abstract（参考訳）: 単純な資源を持つ工学的決定論的フォトニックゲートは、フォトニック量子コンピューティングにおける長年の課題の1つである。 本稿では,2レベルエミッタのみのアレイを用いて,光子間の受動条件ゲートを設計する。 鍵となるリソースは、エミッタアレイのキラルカップリングによって誘起される効果的な光子-光子相互作用を、エミッタの遷移周波数で異なる共鳴モータを持つ2つの導波路モードに利用することである。 系の多重光子散乱応答を研究することにより、この構成は特定の極限において、スペクトルを歪ませることなく、系のポラリトン固有状態間の非線形な$\pi$-phaseシフトを誘導することを示した。 そして、この非線形位相シフトを利用して、異なる量子ビット符号化における条件付き決定論的フォトニックゲートを設計し、多数のエミッタと結合効率の限界において、任意に1に近い忠実度を持つ方法を示す。 我々の構成は、複数のキラルエッジモードを持つトポロジカルフォトニックプラットフォームに実装でき、量子情報処理に使用することができる。

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