論文の概要: Efficient optical cat state generation using squeezed few-photon superposition states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14798v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 12:38:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-20 13:30:50.683353
- Title: Efficient optical cat state generation using squeezed few-photon superposition states
- Title（参考訳）: 圧縮数光子重畳状態を用いた高効率光猫状態生成
- Authors: Haoyuan Luo, Sahand Mahmoodian,
- Abstract要約: 光シュリンガー猫状態(英: Optical Schr"odinger cat state)は、量子技術に応用された非ガウス状態である。
我々は、高忠実度猫状態を効率的に生成するためのプロトコルの材料として、ゼロと2つの光子の圧縮重ね合わせ、$|thetarangle = cos(theta/2)|0rangle + sin(theta/2)|2rangle$を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Optical Schr\"{o}dinger cat states are non-Gaussian states with applications in quantum technologies, such as for building error-correcting states in quantum computing. Yet the efficient generation of high-fidelity optical Schr\"{o}dinger cat states is an outstanding problem in quantum optics. Here, we propose using squeezed superpositions of zero and two photons, $|\theta\rangle = \cos{(\theta/2)}|0\rangle + \sin{(\theta/2)}|2\rangle$, as ingredients for protocols to efficiently generate high-fidelity cat states. We present a protocol using linear optics with success probability $P\gtrsim 50\%$ that can generate cat states of size $|\alpha|^2=5$ with fidelity $F>0.99$. The protocol relies only on detecting single photons and is remarkably tolerant of loss, with $2\%$ detection loss still achieving $F>0.98$ for cats with $|\alpha|^2=5$. We also show that squeezed $\theta$ states are ideal candidates for nonlinear photon subtraction using a two-level system with near deterministic success probability and fidelity $F>0.98$ for cat states of size $|\alpha|^2=5$. Schemes for generating $\theta$ states using quantum emitters are also presented. Our protocols can be implemented with current state-of-the-art quantum optics experiments.
- Abstract（参考訳）: 光Schr\"{o}dinger cat stateは、量子コンピューティングにおける誤り訂正状態の構築など、量子技術における非ガウス状態である。
しかし、高忠実度光Schr\"{o}dinger cat状態の効率的な生成は量子光学において際立った問題である。
ここでは、高忠実度猫状態を効率的に生成するためのプロトコルの材料として、ゼロと2つの光子の圧縮重ね合わせ、$|\theta\rangle = \cos{(\theta/2)}|0\rangle + \sin{(\theta/2)}|2\rangle$を提案する。
成功確率が$P\gtrsim 50\%$の線形光学を用いたプロトコルを提案する。
このプロトコルは単一光子の検出にのみ依存しており、検出損失が2\%$であるにもかかわらず、|\alpha|^2=5$の猫に対して$F>0.98$を達成している。
また, 圧縮された$\theta$状態は, ほぼ決定論的成功確率と忠実度が$F>0.98$の2レベルシステムを用いて, 非線形光子サブトラクションの理想的な候補であることを示す。
量子エミッタを用いた$\theta$状態を生成するためのスキームも提示される。
我々のプロトコルは、現在最先端の量子光学実験で実装することができる。
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