論文の概要: Mitigation of birefringence in cavity-based quantum networks using frequency-encoded photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.05014v1
- Date: Thu, 06 Mar 2025 22:30:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-10 12:20:46.856846
- Title: Mitigation of birefringence in cavity-based quantum networks using frequency-encoded photons
- Title（参考訳）: 周波数符号化光子を用いた空洞型量子ネットワークにおける複屈折の緩和
- Authors: Chengxi Zhang, Justin Phillips, Inder Monga, Erhan Saglamyurek, Qiming Wu, Hartmut Haeffner,
- Abstract要約: Atomキャビティシステムは、大規模分散量子コンピュータを構築する上で、ユニークなアドバンテージを提供する。
偏光で光状態が符号化される一般的なスキームでは、共振器複屈折は共振器固有モードのエネルギー分割をもたらす。
周波数自由度で光量子ビットを符号化する方式を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21990652930491858
- License:
- Abstract: Atom-cavity systems offer unique advantages for building large-scale distributed quantum computers by providing strong atom-photon coupling while allowing for high-fidelity local operations of atomic qubits. However, in prevalent schemes where the photonic state is encoded in polarization, cavity birefringence introduces an energy splitting of the cavity eigenmodes and alters the polarization states, thus limiting the fidelity of remote entanglement generation. To address this challenge, we propose a scheme that encodes the photonic qubit in the frequency degree-of-freedom. The scheme relies on resonant coupling of multiple transverse cavity modes to different atomic transitions that are well-separated in frequency. We numerically investigate the temporal properties of the photonic wavepacket, two-photon interference visibility, and atom-atom entanglement fidelity under various cavity polarization-mode splittings and find that our scheme is less affected by cavity birefringence. Finally, we propose practical implementations in two trapped ion systems, using the fine structure splitting in the metastable D state of $\mathrm{^{40}Ca^{+}}$, and the hyperfine splitting in the ground state of $\mathrm{^{225}Ra^{+}}$. Our study presents an alternative approach for cavity-based quantum networks that is less sensitive to birefringent effects, and is applicable to a variety of atomic and solid-state emitter-cavity interfaces.
- Abstract（参考訳）: 原子キャビティシステムは、原子量子ビットの高忠実な局所演算を可能にしつつ、強い原子-光子結合を提供することにより、大規模分散量子コンピュータを構築するためのユニークな利点を提供する。
しかし、フォトニック状態が偏光に符号化される一般的なスキームでは、キャビティ複屈折はキャビティ固有モードのエネルギー分割を導入し、偏光状態を変化させ、リモートエンタングルメント生成の忠実さを制限する。
この課題に対処するために、周波数自由度でフォトニック量子ビットを符号化するスキームを提案する。
このスキームは、複数の横方向キャビティモードの共鳴結合を周波数で分離された異なる原子遷移に頼っている。
本研究では,光波束の時間的特性,2光子干渉の可視性,原子-原子絡み合いのフィディリティを種々の共振モード分割下で数値的に検討し,共振器複屈折の影響を受けないことを見出した。
最後に、準安定なD状態の$\mathrm{^{40}Ca^{+}}$の微細構造分割と、基底状態の$\mathrm{^{225}Ra^{+}}$の超微細構造分割を用いて、2つの捕捉されたイオン系の実用的な実装を提案する。
本研究は, 複屈折効果に敏感で, 様々な原子・固体エミッタ・キャビティ界面に適用可能な空洞型量子ネットワークの代替手法を提案する。
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