論文の概要: Deterministic photonic entanglement arising from non-Abelian quantum holonomy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.20368v3
- Date: Thu, 06 Feb 2025 05:01:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-07 14:29:40.100715
- Title: Deterministic photonic entanglement arising from non-Abelian quantum holonomy
- Title（参考訳）: 非アベリア量子ホロノミーから生じる決定論的フォトニックな絡み合い
- Authors: Aniruddha Bhattacharya, Chandra Raman,
- Abstract要約: 我々は、光の制御された状態の高度に絡み合った重ね合わせを作成し、操作するためのプロトコルを開発する。
我々の計算は、そのような絡み合った重ね合わせの部分集合が極大に絡み合った「体積法則」状態であることを示している。
このエンタングリング機構は,光を用いた決定論的量子情報処理に有効であると考えられる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Realizing deterministic, high-fidelity entangling interactions--of the kind that can be utilized for efficient quantum information processing--between photons remains an elusive goal. Here, we address this long-standing issue by devising a protocol for creating and manipulating highly-entangled superpositions of well-controlled states of light by using an on-chip photonic system that has recently been shown to implement three-dimensional, non-Abelian quantum holonomy. Our calculations indicate that a subset of such entangled superpositions are maximally-entangled, "volume-law" states, and that the underlying entanglement can be distilled and purified for applications in quantum science. Crucially, we generalize this approach to demonstrate the potentiality of deterministically entangling two arbitrarily high, $N$-dimensional quantum systems, by formally establishing a deep connection between the matrix representations of the unitary quantum holonomy--within energy-degenerate subspaces in which the total excitation number is conserved--and the $\left(2j+1\right)$-dimensional irreducible representations of the rotation operator, where $j = \left(N-1\right)/2$ and $N \geq 2$. Specifically, our protocol deterministically entangles spatially localized modes that are not only distinguishable but are also individually accessible and amenable to state preparation and measurement, and therefore, we envisage that this entangling mechanism could be utilized for deterministic quantum information processing with light.
- Abstract（参考訳）: 決定論的で高忠実なエンタングリング相互作用の実現 — 効率的な量子情報処理に使用できるタイプの — は、光子間の明確な目標のままである。
ここでは、最近3次元非アベリア量子ホロノミーを実装することが実証されたオンチップフォトニクスシステムを用いて、光の制御された状態の高度に絡み合った重ね合わせを作成し、操作するプロトコルを考案することによって、この長年の課題に対処する。
我々の計算は、そのような絡み合った重ね合わせのサブセットが最大に絡み合う「体積法則」状態であり、根底にある絡み合わせを蒸留し、量子科学への応用のために浄化できることを示唆している。
決定論的に高い2つの$N$-次元量子系の可能性を示すために、このアプローチを一般化し、ユニタリ量子ホロノミーの行列表現-総励起数が保存されるエネルギー縮退部分空間-と、回転作用素の$\left(2j+1\right)$-次元既約表現($j = \left(N-1\right)/2$と$N \geq 2$-の間に、正式に深い接続を確立する。
具体的には,本プロトコルは空間的局所化モードを決定論的に絡み合わせるだけでなく,個別にアクセス可能であり,状態の調製や測定にも適しているため,この絡み合い機構は光による決定論的量子情報処理に利用できると考えられる。
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