論文の概要: Scalable Optical Quantum State Synthesizer with Dual-Mode Cavity Memory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.09033v1
- Date: Thu, 13 Feb 2025 07:41:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-14 13:48:02.427477
- Title: Scalable Optical Quantum State Synthesizer with Dual-Mode Cavity Memory
- Title（参考訳）: デュアルモードキャビティメモリを用いたスケーラブル光量子状態合成装置
- Authors: Fumiya Hanamura, Kan Takase, Kazuki Hirota, Rajveer Nehra, Florian Lang, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Masahiro Yabuno, Takahiro Kashiwazaki, Asuka Inoue, Takeshi Umeki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Akira Furusawa,
- Abstract要約: 連続的に動作する空洞ベースの量子メモリを用いて、光学的非ガウス状態を生成するスケーラブルな方法を示す。
我々は量子誤り訂正の重要な要件であるウィグナー陰性状態の生成に成功した。
この研究は、連続時間キャビティベースの量子メモリの完全な実演でもある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9051845653704739
- License:
- Abstract: Quantum computing with light is a promising approach to achieving large-scale quantum computation. While Gaussian operations on optical states have been successfully scaled, the generation of highly non-Gaussian states remains a critical challenge for achieving universality and fault-tolerance. However, due to the inherently weak nonlinearity in optics, creating non-Gaussian states remains challenging. A promising solution is to ``breed'' non-Gaussianity by combining multiple weakly non-Gaussian states using quantum memory systems. Here, we propose and demonstrate a scalable method for generating optical non-Gaussian states using a cavity-based quantum memory operating in continuous time. Our memory features dual-mode operation, enabling efficient switching between memory and entangling functionalities, allowing state generation and processing with minimal resources. By employing a time-domain-multiplexed breeding protocol, we successfully generated Wigner-negative states, a key requirement for quantum error correction. This work also marks the first full demonstration of continuous-time cavity-based quantum memory, encompassing the complete processes of writing, storage, and readout. These results represent a significant advancement in quantum information processing with light, providing a scalable method for generating complex non-Gaussian states essential for fault-tolerant quantum computing. Beyond advancing optical quantum computing, the techniques and insights from this work could impact a wide range of applications, from enhancing quantum communication networks to refining quantum sensing and metrology.
- Abstract（参考訳）: 光による量子コンピューティングは、大規模量子計算を実現するための有望なアプローチである。
光状態に対するガウス的操作は成功したが、非ガウス的状態の生成は普遍性とフォールトトレランスを達成する上で重要な課題である。
しかし、光学の本質的に弱い非線形性のため、非ガウス状態を作り出すことは依然として困難である。
有望な解決策は、量子メモリシステムを用いて複数の弱い非ガウス状態を組み合わせることで、非ガウス性(英語版)を 'breed' することである。
本稿では、連続的に動作する空洞ベースの量子メモリを用いて、光非ガウス状態を生成するスケーラブルな方法を提案し、実証する。
我々のメモリはデュアルモードの操作を特徴とし、メモリとエンタングリングの機能の効率的な切り替えを可能にし、最小限のリソースで状態生成と処理を可能にします。
時間領域多重育種プロトコルを用いることで、量子誤り訂正の重要な要件であるウィグナー負の状態の生成に成功した。
この研究は、書き込み、ストレージ、読み出しの完全なプロセスを含む、連続時間キャビティベースの量子メモリの完全なデモも行った。
これらの結果は、光による量子情報処理の大幅な進歩を示し、フォールトトレラント量子コンピューティングに不可欠な複雑な非ガウス状態を生成するスケーラブルな方法を提供する。
光量子コンピューティングの進歩以外にも、この研究から得られた技術と洞察は、量子通信ネットワークの強化から量子センシングと気象学の精錬に至るまで、幅広い応用に影響を及ぼす可能性がある。
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