論文の概要: Near-deterministic photon entanglement from a spin qudit in silicon using third quantisation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.01096v1
• Date: Mon, 03 Feb 2025 06:37:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:56:26.815191
• Title: Near-deterministic photon entanglement from a spin qudit in silicon using third quantisation
• Title（参考訳）: 第3量子化を用いたシリコン中のスピンキュディットからの準決定論的光子絡み合い
• Authors: Gözde Üstün, Samuel Elman, Jarryd J. Pla, Andrew C. Doherty, Andrea Morello, Simon J. Devitt,
• Abstract要約: 単一の光子は容易に複数のモードに広がり、複数のモード内で絡み合いを決定的に生成する。 シリコンチップにおけるアンチモン供与体を用いて第3量子化を実現するための短期実験を提案する。 このアプローチはシリコンベースのフォトニック量子コンピューティングの代替経路を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Unlike other quantum hardware, photonic quantum architectures can produce millions of qubits from a single device. However, controlling photonic qubits remains challenging, even at small scales, due to their weak interactions, making non-deterministic gates in linear optics unavoidable. Nevertheless, a single photon can readily spread over multiple modes and create entanglement within the multiple modes deterministically. Rudolph's concept of third quantization leverages this feature by evolving multiple single-photons into multiple modes, distributing them uniformly and randomly to different parties, and creating multipartite entanglement without interactions between photons or non-deterministic gates. This method requires only classical communication and deterministic entanglement within multi-mode single-photon states and enables universal quantum computing. The multipartite entanglement generated within the third quantization framework is nearly deterministic, where ``deterministic'' is achieved in the asymptotic limit of a large system size. In this work, we propose a near-term experiment using antimony donor in a silicon chip to realize third quantization. Utilizing the eight energy levels of antimony, one can generate two eight-mode single-photon states independently and distribute them to parties. This enables a random multipartite Bell-state experiment, achieving a Bell state with an upper-bound efficiency of 87.5% among 56 random pairs without non-deterministic entangling gates. This approach opens alternative pathways for silicon-based photonic quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 他の量子ハードウェアとは異なり、フォトニック量子アーキテクチャは単一のデバイスから数百万の量子ビットを生成することができる。 しかし、光量子ビットの制御は、その弱い相互作用のため、小規模でも困難であり、線形光学における非決定性ゲートは避けられない。 それでも、単一の光子が複数のモードに容易に広がり、複数のモード内で絡み合いを決定的に生成することができる。 ルドルフの3番目の量子化の概念は、複数の単一光子を複数のモードに進化させ、それらを異なるパーティに均一にランダムに分散させ、光子や非決定論的ゲート間の相互作用なしに多重粒子の絡み合いを発生させることによって、この機能を利用する。 この方法は、マルチモード単一光子状態における古典的な通信と決定論的絡み合いのみを必要とし、普遍的な量子コンピューティングを可能にする。 第3の量子化フレームワーク内で生成されるマルチパーティントの絡み合いは、ほぼ決定論的であり、そこでは、大規模なシステムサイズの漸近的限界において‘決定論的’が達成される。 本研究では,シリコンチップのアンチモン供与体を用いて第3量子化を実現するための短期実験を提案する。 アンチモンの8つのエネルギーレベルを利用して、2つの8モードの単一光子状態を生成し、それを当事者に分配することができる。 これにより、非決定論的エンタングゲートのない56個のランダムペアのうち、上界効率87.5%のベル状態が得られる。 このアプローチはシリコンベースのフォトニック量子コンピューティングの代替経路を開く。

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