論文の概要: Quantum switches for single-photon routing and entanglement generation in waveguide-based networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10276v1
• Date: Thu, 13 Mar 2025 11:37:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-14 21:36:22.646305
• Title: Quantum switches for single-photon routing and entanglement generation in waveguide-based networks
• Title（参考訳）: 導波路ネットワークにおける単一光子ルーティングと絡み合い発生のための量子スイッチ
• Authors: Juan Cumbrado, Ricardo Puebla,
• Abstract要約: 量子ノードの相互接続は 量子コンピューティングユニットのスケールアップを 約束します 系力学をコヒーレントに条件付ける量子スイッチとして、追加の量子ビット自由度を活用することを提案する。 ネットワークを横断する単一光子ルーティングにより絡み合った状態を生成するための決定論的プロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The interconnection of quantum nodes holds great promise for scaling up quantum computing units and enabling information processing across long-distance quantum registers. Such quantum networks can be realized using superconducting qubits linked by waveguides, which facilitate fast and robust on-demand quantum information exchange via traveling single photons. In this article, we propose leveraging additional qubit degrees of freedom as quantum switches that coherently condition the system dynamics. These switches are implemented using a qubit dispersively coupled to transfer resonators, which mediate interactions between node qubits and quantum links. Through wavepacket shaping techniques, we demonstrate that when the switch is closed, full excitation transfer occurs as a propagating photon, whereas an open switch allows only partial transfer without distorting the shape of the emitted photon. Based on this switch mechanism, we present deterministic protocols for generating entangled states via single-photon routing across the network, such as Bell, Greenberger-Horne-Zeilinger and W states. The feasibility of our approach is validated through numerical simulations of a three-node network, incorporating decoherence and photon loss effects. Our results indicate that high-fidelity entangled states can be realized employing the proposed quantum switches in current state-of-the-art platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子ノードの相互接続は、量子コンピューティングユニットをスケールアップし、長距離量子レジスタ間の情報処理を可能にする大きな約束を持っている。 このような量子ネットワークは、導波路によってリンクされた超伝導量子ビットを用いて実現でき、高速で堅牢なオンデマンド量子情報交換を容易にする。 本稿では,系力学をコヒーレントに条件付ける量子スイッチとして,追加の量子自由度を活用することを提案する。 これらのスイッチは、ノード量子ビットと量子リンク間の相互作用を仲介する転送共振器に分散結合された量子ビットを用いて実装される。 ウェーブパレット整形技術により、スイッチが閉じられたとき、全励起転送が伝播光子として発生するのに対し、オープンスイッチは出力光子の形状を歪ませることなく部分移動のみを許すことを示した。 このスイッチ機構に基づき、ベル、グリーンベルガー・ホーネ・ゼリンジャー、W状態などの単一光子ルーティングを介して絡み合った状態を生成するための決定論的プロトコルを提案する。 提案手法の有効性を3ノードネットワークの数値シミュレーションにより検証し,デコヒーレンスと光子損失効果を取り入れた。 この結果から,現在最先端のプラットフォームで提案されている量子スイッチを用いて,高忠実な絡み合った状態を実現することが可能であることが示唆された。

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